軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法。該方法考慮利用節(jié)點(diǎn)剩余能量增加節(jié)點(diǎn)的占空比，使得一次廣播就能讓多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到程序，達(dá)到快速傳播的目的。占空比的提高在保證網(wǎng)絡(luò)壽命的同時(shí)使得傳輸次數(shù)和傳輸延遲得到降低。節(jié)點(diǎn)能量消耗與占空比存在正相關(guān)關(guān)系，占空比增加又會(huì)使得傳輸延遲得到降低，由于網(wǎng)絡(luò)死亡時(shí)距離基站較遠(yuǎn)的區(qū)域仍存在大量能量，充分利用這些剩余能量提高這部分區(qū)域中節(jié)點(diǎn)的占空比，使其能夠及時(shí)接收程序代碼，這就在保證傳輸次數(shù)和傳輸延遲都能得到降低的情況下，而不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)壽命造成影響。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法
本專利技術(shù)屬于軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法。
技術(shù)介紹
各種數(shù)字設(shè)備連接到云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)以及霧計(jì)算網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量如今呈爆炸性方式增長(zhǎng)。霧計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，為了提高邊緣接入設(shè)備的智能化，使用無(wú)線軟件定義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的設(shè)備更新、升級(jí)和重新配置，讓部署的設(shè)備獲得新的活力。大數(shù)據(jù)的一個(gè)重要應(yīng)用是擴(kuò)散程序代碼，程序代碼擴(kuò)展到設(shè)備的過(guò)程是大數(shù)據(jù)采集的逆操作。程序代碼從數(shù)據(jù)采集中心擴(kuò)散到網(wǎng)絡(luò)邊緣的過(guò)程在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種很有前途的平臺(tái)，被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。在一個(gè)智能軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，許多傳感器節(jié)點(diǎn)被部署在被監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，傳感器節(jié)點(diǎn)感知來(lái)自周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，然后將感測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。基站從發(fā)送消息的設(shè)備接收到信息后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行更新或重新配置軟件。與傳統(tǒng)的工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)相比，使用有線通信，智能無(wú)線軟件定義網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)顯著的優(yōu)勢(shì)，包括降低成本，更高的靈活性和自組織能力，從而顯著提高了工業(yè)效率和生產(chǎn)力。廣播是軟件自定義無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本操作。給定一個(gè)基站，目標(biāo)是利用最小傳輸廣播方式將數(shù)據(jù)包傳遞給所有節(jié)點(diǎn)并使得傳輸延遲最小，這個(gè)問(wèn)題被稱為最小傳輸廣播。在許多應(yīng)用例如火警報(bào)警系統(tǒng)中中，往往對(duì)通信傳輸延遲有非常嚴(yán)格的要求。然而，在這樣的環(huán)境下也對(duì)軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的代碼擴(kuò)散性設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。首先，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量有限，傳感器節(jié)點(diǎn)通常采用循環(huán)式，在休眠和活躍兩個(gè)狀態(tài)之間進(jìn)行切換。由于節(jié)點(diǎn)的占空比類型，程序代碼需要在網(wǎng)絡(luò)中傳輸多個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，最小傳輸廣播問(wèn)題在有占空比的網(wǎng)絡(luò)中是很難的。其次，壽命和延遲之間的權(quán)衡問(wèn)題是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。由于節(jié)點(diǎn)的占空比要大到能夠?qū)⒊绦虼a快速傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，并且節(jié)點(diǎn)的占空比應(yīng)該盡可能小，以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存期。因此，如何減少網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，同時(shí)保持網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。目前，關(guān)于軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)廣播方面的研究根據(jù)不同的應(yīng)用需求分為以下幾種：(1)最小傳輸廣播問(wèn)題。主要考慮如何減少?gòu)V播次數(shù)。在以往的方案中，考慮節(jié)點(diǎn)始終處于活躍狀態(tài)，因此減少傳輸次數(shù)就要找到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最小連通支配集使得集合中的節(jié)點(diǎn)可以覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這樣，只需向某個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播一次程序代碼則網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都可以接收程序代碼。(2)最小等待時(shí)間的廣播調(diào)度。在這些方案中，不僅減少了節(jié)點(diǎn)的能量消耗，而且還減少了傳輸程序代碼的時(shí)間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法，用于快速傳播并減少傳輸次數(shù)和降低傳輸延遲，其特征在于：在能及時(shí)接收程序代碼前提下調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比至最小值，對(duì)于遠(yuǎn)離基站節(jié)點(diǎn)利用其剩余能量增加節(jié)點(diǎn)的占空比以傳降低輸延遲。廣播性能取決于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的占空比，較大的占空比帶來(lái)更高的監(jiān)控性能但同時(shí)也會(huì)使得節(jié)點(diǎn)能耗增加而加速網(wǎng)絡(luò)死亡，因此，在保證能及時(shí)接收程序代碼前提下將節(jié)點(diǎn)占空比調(diào)整至最小值，可以在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯鹿?jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗。距離基站較近區(qū)域節(jié)點(diǎn)能耗較大，將這部分區(qū)域稱為熱區(qū)，則遠(yuǎn)離基站區(qū)域稱為非熱區(qū)，非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)能量消耗較少因此在網(wǎng)絡(luò)死亡時(shí)仍有大量的能量剩余，這些節(jié)點(diǎn)的占空比可以增加，使得一次廣播就能讓多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到程序，達(dá)到快速傳播的目的，同時(shí)占空比的提高可以減少傳輸延遲，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比可以實(shí)現(xiàn)更好更全面的廣播性能，提高程序代碼擴(kuò)散性的同時(shí)不影響網(wǎng)絡(luò)壽命。若節(jié)點(diǎn)初始能量為Einit，節(jié)點(diǎn)vi距離基站i米遠(yuǎn)，則在數(shù)據(jù)工作周期為τc、活躍周期即占空比為τa的情況下，節(jié)點(diǎn)剩余能量可以計(jì)算為:其中，是節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)能量消耗；是發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的能量消耗，是接收功率消耗，是傳輸功率消耗，θd是分組持續(xù)時(shí)間，θp和θa分別是前導(dǎo)時(shí)間和ACK窗口時(shí)間節(jié)點(diǎn)，vi的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)量分別表示為和若熱區(qū)節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包的數(shù)量分別為和距離基站i米遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)vi的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)量分別表示為和節(jié)點(diǎn)vi活躍期表示為熱區(qū)節(jié)點(diǎn)的活躍期表示為則可以被計(jì)算為：上式中，距離基站i米遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)用vi表示，若有Nk個(gè)活動(dòng)時(shí)間槽數(shù)目為k的節(jié)點(diǎn)(k的取值范圍是在工作周期T中)，表示這Nk個(gè)節(jié)點(diǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)的集合，是集合中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，是這Nk個(gè)節(jié)點(diǎn)的集合，則且|Γk|＝Nk，其中則傳輸次數(shù)Ψ可以計(jì)算為：同樣的，若距離基站i米遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)用vi表示，若有Nk個(gè)活動(dòng)時(shí)間槽數(shù)目為k的節(jié)點(diǎn)，表示這Nk個(gè)節(jié)點(diǎn)鄰居節(jié)點(diǎn)的集合，是集合中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目，是集合中節(jié)點(diǎn)的最大活躍時(shí)隙，是這Nk個(gè)節(jié)點(diǎn)的集合，Ω＝{γ1,γ2,γ3,...,γT}，可知且|Γk|＝Nk，其中則傳輸延遲Φ可以計(jì)算為：綜上所述，本專利技術(shù)采用的可調(diào)占空比的方法能夠在保證及時(shí)接收程序代碼前提下調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比至最小值，也就是在不影響數(shù)據(jù)傳輸延遲的前提下節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗。由于非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)死亡時(shí)依然有大量剩余能量，因此考慮對(duì)于非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)利用其剩余能量增加節(jié)點(diǎn)的占空比，占空比的提高使得一次廣播就能讓多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到程序，達(dá)到快速傳播的目的，占空比與廣播次數(shù)和數(shù)據(jù)延遲呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，由此可知對(duì)于節(jié)點(diǎn)占空比的提高能夠達(dá)到減少傳輸次數(shù)和降低傳輸延遲的目的，同時(shí)，熱區(qū)節(jié)點(diǎn)的占空比并未改變因此不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)壽命造成影響。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)方法的總體結(jié)構(gòu)圖；圖2為本專利技術(shù)所述方法下占空比與廣播次數(shù)的關(guān)系；圖3為本專利技術(shù)所述方法下占空比與傳輸延遲的關(guān)系；圖4為利用非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)剩余能量用于增加占空比的示意圖；圖5為本專利技術(shù)方法中網(wǎng)絡(luò)不同位置節(jié)點(diǎn)的能量消耗；圖6為在本專利技術(shù)方法中網(wǎng)絡(luò)不同位置節(jié)點(diǎn)調(diào)整占空比的數(shù)值大小；圖7為使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法兩種方案下的能耗；圖8為使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法在不同占空比下的能耗對(duì)比圖；圖9為使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法在不同占空比下的網(wǎng)絡(luò)壽命對(duì)比圖；圖10為使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法在不同占空比下的能量有效利用率對(duì)比圖；圖11為在|T|＝20情況下使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法的廣播次數(shù)對(duì)比圖；圖12為在|T|＝60情況下使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法的廣播次數(shù)對(duì)比圖；圖13為在|T|＝20情況下使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法的傳輸延遲對(duì)比圖；圖14為在|T|＝60情況下使用本專利技術(shù)方法和基于近似水平方法的傳輸延遲對(duì)比圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合實(shí)例和附圖對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說(shuō)明。一種軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法，如圖1所示，用于減少傳輸次數(shù)和降低傳輸延遲，在能及時(shí)接收程序代碼前提下調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比至最小值，對(duì)于遠(yuǎn)離基站節(jié)點(diǎn)利用其剩余能量增加節(jié)點(diǎn)的占空比以傳降低輸延遲。廣播性能取決于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的占空比，較大的占空比帶來(lái)更高的監(jiān)控性能但同時(shí)也會(huì)使得節(jié)點(diǎn)能耗增加而加速網(wǎng)絡(luò)死亡，因此，在保證能及時(shí)接收程序代碼前提下將節(jié)點(diǎn)占空比調(diào)整至最小值，可以在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯鹿?jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗。距離基站較近區(qū)域節(jié)點(diǎn)能耗較大，將這部分區(qū)域稱為熱區(qū)，則遠(yuǎn)離基站區(qū)域稱為非熱區(qū)，非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)能量消耗較少因此在網(wǎng)絡(luò)死亡時(shí)仍有大量的能量剩余，這些節(jié)點(diǎn)的占空比可以增加，以減少傳輸延遲，動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比可以實(shí)現(xiàn)更好更全面的廣播性能，提高程序代碼擴(kuò)散性的同時(shí)不影響網(wǎng)絡(luò)壽命。圖1為本專利技術(shù)方法的總體結(jié)構(gòu)圖，顯示了形成的整個(gè)廣播網(wǎng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法，用于快速傳播并減少傳輸次數(shù)和降低傳輸延遲，其特征在于：保證能及時(shí)接收程序代碼前提下調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比至最小值，對(duì)于遠(yuǎn)離基站節(jié)點(diǎn)利用其剩余能量增加節(jié)點(diǎn)的占空比以傳降低輸延遲，實(shí)現(xiàn)快速傳播；在保證能及時(shí)接收程序代碼前提下將節(jié)點(diǎn)占空比調(diào)整至最小值，可以在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯鹿?jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗；距離基站較近區(qū)域節(jié)點(diǎn)能耗較大，將這部分區(qū)域稱為熱區(qū)，則遠(yuǎn)離基站區(qū)域稱為非熱區(qū)，利用非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)能量剩余來(lái)提高占空比在達(dá)到快速傳播的目的的同時(shí)減少傳輸延遲。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種軟件自定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于可調(diào)占空比的快速傳播方法，用于快速傳播并減少傳輸次數(shù)和降低傳輸延遲，其特征在于：保證能及時(shí)接收程序代碼前提下調(diào)整節(jié)點(diǎn)占空比至最小值，對(duì)于遠(yuǎn)離基站節(jié)點(diǎn)利用其剩余能量增加節(jié)點(diǎn)的占空比以傳降低輸延遲，實(shí)現(xiàn)快速傳播；在保證能及時(shí)接收程序代碼前提下將節(jié)點(diǎn)占空比調(diào)整至最小值，可以在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯鹿?jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗；距離基站較近區(qū)域節(jié)點(diǎn)能耗較大，將這部分區(qū)域稱為熱區(qū)，則遠(yuǎn)離基站區(qū)域稱為非熱區(qū)，利用非熱區(qū)節(jié)點(diǎn)能量剩余來(lái)提高占空比在達(dá)到快速傳播的目的的同時(shí)減少傳輸延遲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，若節(jié)點(diǎn)初始能量為Einit，節(jié)點(diǎn)vi距離基站i米遠(yuǎn)，則在數(shù)據(jù)工作周期為τc、活躍周期即占空比為τa的情況下，節(jié)點(diǎn)剩余能量可以計(jì)算為:其中，是節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)能量消耗；是發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包的能量消耗，是接收功率消耗，是傳輸功率消耗，θd是分組持續(xù)時(shí)間，θp和θa分別是前導(dǎo)時(shí)間和ACK窗口時(shí)間節(jié)點(diǎn)，vi的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)量分別表示為和...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉安豐，閔潔，劉瀟，李伊展，陳偉，秦文穎，袁敏姣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖南,43