一種基于排隊(duì)論的中繼路由休眠時(shí)間預(yù)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種中繼路由休眠時(shí)間預(yù)估技術(shù)，尤其是設(shè)及一種基于排隊(duì)論的中繼 路由休眠時(shí)間預(yù)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理W及數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娴墓δ?，目前在醫(yī) 療、交通、監(jiān)控、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但在實(shí)際的應(yīng)用中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成都需要部 署大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，且希望無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠有幾個(gè)月甚至是幾年的壽命。通常無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)是通過(guò)電池對(duì)其進(jìn)行供電的，然而在野外環(huán)境和傳感器節(jié)點(diǎn)多 的情況下，實(shí)時(shí)的對(duì)電池進(jìn)行更換不是一個(gè)可行的方法，運(yùn)時(shí)就需要引入低功耗技術(shù)來(lái)降 低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功耗，從而延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命?，F(xiàn)有的低功耗技術(shù)主要有改 進(jìn)介質(zhì)訪問(wèn)控制層協(xié)議、路由路徑最優(yōu)算法、使用超低功耗的硬件、合理部署傳感器節(jié)點(diǎn) 等。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的繁雜多樣，且上述介紹的幾種低功耗技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用中都沒(méi) 有確定中繼路由節(jié)點(diǎn)的最大休眠時(shí)間，因此使得中繼路由節(jié)點(diǎn)沒(méi)有采取最佳的休眠時(shí)間進(jìn) 行休眠，從而未能在極大的程度上降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于排隊(duì)論的中繼路由休眠時(shí)間預(yù)估方 法，其在單中繼路由的情況下可W準(zhǔn)確地預(yù)估出中繼路由的最大休眠時(shí)間，使中繼路由可 W采取最大休眠時(shí)間進(jìn)行休眠，增強(qiáng)中繼路由的低功耗性能，從而在最大程度上降低無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種基于排隊(duì)論的中繼路由休眠 時(shí)間預(yù)估方法，其特征在于包括W下步驟：
[000引①設(shè)定無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布有n個(gè)終端節(jié)點(diǎn)、一個(gè)中繼路由及一個(gè)協(xié)調(diào)器，并要 求終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由采用ZigBee模塊，要求中繼路由的容量已知，其中，n含2;然后根據(jù) 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由所采用的模塊、中繼路由的容量，確定排隊(duì)論 模型；
[0006] ②在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要求中繼路由和所有終端節(jié)點(diǎn)同步工作，并設(shè)置中繼路 由的工作周期為t分鐘，假設(shè)中繼路由的休眠時(shí)間為X秒，則在t分鐘內(nèi)中繼路由的工作時(shí)間 為60t-X秒，并假設(shè)每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)在t分鐘內(nèi)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，則中繼路由在60t-X秒內(nèi)共服 務(wù)了 n個(gè)數(shù)據(jù)包；
[0007] ③在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，任意選取一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，并僅僅使選取的終端節(jié)點(diǎn)、中繼 路由W及協(xié)調(diào)器之間能夠正常的通信;然后在正常通信后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在t分鐘內(nèi)選取的終端 節(jié)點(diǎn)只發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的情況下，記錄協(xié)調(diào)器在t分鐘內(nèi)接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間，進(jìn)行多次實(shí) 驗(yàn)后計(jì)算所記錄的所有時(shí)間的平均值，并將該平均值作為中繼路由服務(wù)一個(gè)數(shù)據(jù)包所需的 時(shí)間，記為T(mén)，單位為秒；
[000引④令A(yù)表示所采用的排隊(duì)論模型中的平均到達(dá)率， ；令4表示所采用的 排隊(duì)論模型中的平均服務(wù)率，
令P表示所采用的排隊(duì)論模型中的服務(wù)強(qiáng)度，
[0009] ⑤計(jì)算所采用的排隊(duì)論模型中的服務(wù)臺(tái)沒(méi)有顧客可W服務(wù)的概率、平均顧客數(shù)、 顧客有效到達(dá)率、顧客的平均逗留時(shí)間，對(duì)應(yīng)記為p〇、Lsae

化的單位為秒；
[0010] ⑥在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要求每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)包在中繼路由中的逗留時(shí) 間要小于中繼路由的工作時(shí)間，使得化< 60t-X;然后轉(zhuǎn)換化< 60t-X得至化< 60t-Ws，即預(yù)估 得到中繼路由的最大休眠時(shí)間為SOt-Ws秒;再設(shè)置終端節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)間，將中繼路由的最 大休眠時(shí)間減去終端節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)間得到的差值作為中繼路由和終端節(jié)點(diǎn)的最佳休眠時(shí) 間，其中，終端節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)間自行設(shè)定。
[0011] 所述的步驟①中的中繼路由的容量的確定過(guò)程為：令N表示中繼路由的容量，
，其中，F(xiàn)表示終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由所采用的模塊即ZigBee模塊的FLASH空間的緩沖 區(qū)大小，B表示一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小，F(xiàn)和B的單位均為字節(jié)。
[0012] 所述的步驟⑥中終端節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)間的取值大于或等于1秒且小于或等于預(yù)估得 到的中繼路由的最大休眠時(shí)間。
[001引與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:針對(duì)單中繼路由的情況，引入了排隊(duì)論模型 預(yù)估中繼路由的最大休眠時(shí)間，再設(shè)置終端節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)間，將中繼路由的最大休眠時(shí)間 減去終端節(jié)點(diǎn)初始化時(shí)間得到的差值作為中繼路由和終端節(jié)點(diǎn)（也即傳感器節(jié)點(diǎn)）的最佳 休眠時(shí)間，從而使得中繼路由和終端節(jié)點(diǎn)采用最佳休眠時(shí)間進(jìn)行休眠，進(jìn)一步的降低了無(wú) 線傳感網(wǎng)絡(luò)的能耗；由排隊(duì)論模型確定中繼路由和終端節(jié)點(diǎn)的最佳休眠時(shí)間來(lái)降低無(wú)線傳 感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能耗，不但比現(xiàn)有的低功耗技術(shù)更加簡(jiǎn)單、更加穩(wěn)定，而且能夠極大地降低 中繼路由和終端節(jié)點(diǎn)的能耗來(lái)延長(zhǎng)系統(tǒng)的壽命，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明方法的流程框圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明方法采用的Zi濁ee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] W下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0017] 本發(fā)明提出的一種基于排隊(duì)論的中繼路由休眠時(shí)間預(yù)估方法，其流程框圖如圖1 所示，其包括W下步驟：
[0018] ①設(shè)定無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布有n個(gè)終端節(jié)點(diǎn)、一個(gè)中繼路由及一個(gè)協(xié)調(diào)器，并要 求終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由采用Z i gBee模塊，要求中繼路由的容量已知，其中，n含2,在本實(shí)施 例中取n = 2;然后根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由所采用的模塊、中繼路 由的容量，確定排隊(duì)論模型。
[0019] 圖2給出了本實(shí)施例采用的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)圖，該ZigBee無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)分布有兩個(gè)終端節(jié)點(diǎn)、一個(gè)中繼路由及一個(gè)協(xié)調(diào)器。
[0020] 在本實(shí)施例中，中繼路由的服務(wù)規(guī)則為先到先服務(wù);ZigBee模塊可W選用型號(hào)為 DRF1605的Zi濁ee模塊，ZigBee模塊具有256K(即256 X 1024 = 262144字節(jié)）的FLA甜空間。 [0021 ]在本實(shí)施例中，步驟①中的中繼路由的容量的確定過(guò)程為:令N表示中繼路由的容 量，
其中，F(xiàn)表示終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由所采用的模塊即Zi濁ee模塊的FLA甜空間的緩 沖區(qū)大小，B表示一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小，F(xiàn)和B的單位均為字節(jié)。在本實(shí)施 例中，用戶根據(jù)需要采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容自行確定一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小，假 設(shè)一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)采集的一個(gè)數(shù)據(jù)包的大小為33個(gè)字節(jié)(B = 33字節(jié)），即中繼路由服務(wù)的一 個(gè)數(shù)據(jù)包的大小為33個(gè)字節(jié)，而ZigBee模塊的化A細(xì)空間的緩沖區(qū)大小為256 X 1024 =
262144字節(jié)(F = 262144字節(jié)），因此可計(jì)算得到中繼路由的容量為. 字節(jié)。
[0022] 在本實(shí)施例中，根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、終端節(jié)點(diǎn)和中繼路由所采用的模塊、 中繼路由的容量，確定的排隊(duì)論模型為M/M/1/N/W模型，其中，M表示負(fù)指數(shù)分布，1表示單 服務(wù)臺(tái)，N表示中繼路由的容量，W表示顧客源的顧客數(shù)目。m/M/1/N/w模型為經(jīng)典的排隊(duì) 論模型，其描述為:排隊(duì)論符號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化為X/Y/Z/A/B/C，其中，X表示顧客相繼到達(dá)的間隔 時(shí)間分布，Y表示服務(wù)時(shí)間的分布，Z表示并列的服務(wù)臺(tái)個(gè)數(shù)，A表示系統(tǒng)容量限制，B表示顧 客源中的顧客數(shù)目，C表示服務(wù)規(guī)則，系統(tǒng)中的服務(wù)規(guī)則是先到先服務(wù)的FWS情形，因此經(jīng) 典的M/M/1/N/W模型表明系統(tǒng)中顧客相繼到達(dá)的間隔時(shí)間和服務(wù)時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，月良 務(wù)臺(tái)數(shù)目為1，系統(tǒng)的容量有限制W及顧客源中的顧客數(shù)目沒(méi)有限制。
[0023] ②在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要求中繼路由和所有終端節(jié)點(diǎn)同步工作，并設(shè)置中繼路 由的工作周期為t分鐘，假設(shè)中繼路由的休眠時(shí)間為X秒，則在t分鐘內(nèi)中繼路由的工作時(shí)間 為60t-X秒，并假設(shè)每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)在t分鐘內(nèi)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，則中繼路由在60t-X秒內(nèi)共服 務(wù)了 n個(gè)數(shù)據(jù)包，即中繼路由在t分鐘內(nèi)服務(wù)數(shù)據(jù)包的總個(gè)數(shù)為n個(gè)。
[0024] 在本實(shí)施例中取t = l。
[0025] ③在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，任意選取一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)，并僅僅使選取的終端節(jié)點(diǎn)、中繼 路由W及協(xié)調(diào)器之間能夠正常的通信;然后在正常通信后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在t分鐘內(nèi)選取的終端 節(jié)點(diǎn)只發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的情況下，記錄協(xié)調(diào)器在t分鐘內(nèi)接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間，進(jìn)行多次實(shí) 驗(yàn)后計(jì)算所記錄的所有時(shí)間的平均值，并將該平