[发明专利]无线传感器和执行器网络中数据传输的调节方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及无线传感器和执行器网络技术，具体为无线传感器和执行器网络中数据传输的调节方法。

(二)背景技术

无线传感器和执行器网络(WSAN，Wireless Sensor and Actor Networks)由随机分布的集成有传感器、执行器的微小节点通过自组织的方式构成。借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号，探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等物理世界中发生的事件，而执行器则基于所发生的事件做出决策完成相应的任务。随着无线通信技术、嵌入式计算技术、传感器技术、微机电技术的发展，无线传感器和执行器网络在军事、汽车电子、工业控制、环境监测、医疗卫生、智能家居等领域有很好的应用前景，尤其在无人值守或恶劣环境下的事件监测和目标跟踪中显示了很大的优势。

无线传感器和执行器网络可分为N个簇，每个簇中含有一个执行器和n个传感器，相互间均无线连接。各个传感器节点收集自身周围的局部信息，对其进行处理后传送至所在簇的执行器节点，执行器节点汇总所在簇中所有传感器节点采集的局部数据得到感兴趣区域的整体信息。为确保整体信息的及时和准确，首先要判定感兴趣区域网络数据传输的实时性及可靠性。例如，在火灾火情监控中，需要及时准确的发现火灾的发生及火灾发生的具体地点。因此，传感器和执行器网络的实时性和可靠性具有重要意义。

目前的无线传感器和执行器网络的调节方法主要是针对节省能量，如果实时性和可靠性不能得到改善，增加了传感器和执行器之间数据传输的时延或是增加了传输的错误率，同样会造成传感器和执行器网络能量的浪费。

因此需要有一种能有效提高数据传输的可靠性和实时性的无线传感器和执行器网络中数据传输的调节方法。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种无线传感器和执行器网络中数据传输的调节方法，本方法通过调节传感器节点对执行器节点报告数据的频率，提高无线传感器和执行器之间数据传输的实时性、可靠性。

本发明设计的无线传感器和执行器网络中数据传输的调节方法，所述无线传感器和执行器网络含有N个簇，每个簇中含有一个执行器和n个传感器，各传感器节点和各执行器节点之间、各传感器节点之间以及各执行器节点之间均为无线连接，N和n均为大于1的整数。本方法调节各传感器节点对所在簇的执行器节点发送数据的报告频率，使无线传感器和执行器之间数据传输保持无拥塞，可靠性满足要求的状态或者向无拥塞，可靠性满足要求的状态转换，实现网络的实时性、可靠性。

本方法定义f为无线传感器和执行器网络中某个传感器节点在时间间隔τ内向其所在簇的执行器发送数据的报告频率，时间间隔τ为设定的常量值，0.5秒≤τ≤10秒，按时间间隔τ分为多个相等的决定区间，在任一个决定区间i内，传感器节点向所在簇执行器发送数据的报告频率为f_i，f_i+1则为该传感器节点在第i+1个决定区间内，向所在簇执行器发送数据的报告频率。f_max为某个传感器节点在无拥塞情况下在时间间隔τ内向其所在簇的执行器发送数据的最大报告频率。当f大于f_max时，网络中传感器向执行器传输数据即出现拥塞情况。

可靠性参数DR_i为网络中某个执行器节点，在第i个决定区间内实际接收到的数据包的数量，此值由实测得到，为对事件的有时延约束的可靠性检测到的值。DR^*为事件的有时延约束的可靠性的期望值，此值为具体网络环境中的给定数据指标。执行器计算在第i个决定区间内可靠性指标η_i＝DR_i/DR^*，在时间间隔τ内网络中某个执行器节点实际接收到的数据包的数量为DR，可靠性指标η＝DR/DR^*。

实时性参数包括三个时延参数：事件传输延时Γ^tran，事件处理延时Γ^proc，事件执行延时Γ^cct，Δ_e2a为三者之和的网络限定值，Γ^tran，Γ^proc，Γ^cct的值分别在网络中实际测量所得。Δ_e2a≥Γ^tran+Γ^proc+Γ^cct