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一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法技术

技术编号:14563470 阅读:128 留言:0更新日期:2017-02-05 20:22
本发明专利技术公开了一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法,其先确定排队论模型;然后确定工作周期内中继路由服务的数据包的总数和中继路由服务一个数据包的时间;接着计算排队论模型中的平均到达率、平均服务率和服务强度;再计算排队论模型中的服务台没有顾客可以服务的概率、平均顾客数、顾客有效到达率、顾客的平均逗留时间;最后根据顾客的平均逗留时间、工作周期内中继路由的工作时间以及终端节点初始化时间得到中继路由和终端节点的最佳休眠时间;优点是由排队论模型确定中继路由和终端节点的最佳休眠时间来降低无线传感器网络的能耗,不但比现有的低功耗技术更加简单和稳定,而且能极大地降低中继路由和终端节点的能耗来延长系统的寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种中继路由休眠时间预估技术,尤其是涉及一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法
技术介绍
无线传感器网络具有数据采集、数据处理以及数据传输等方面的功能,目前在医疗、交通、监控、军事等领域应用广泛。但在实际的应用中,无线传感器网络的组成都需要部署大量的传感器节点,且希望无线传感器网络能够有几个月甚至是几年的寿命。通常无线传感器网络中的传感器节点是通过电池对其进行供电的,然而在野外环境和传感器节点多的情况下,实时的对电池进行更换不是一个可行的方法,这时就需要引入低功耗技术来降低无线传感器网络的功耗,从而延长无线传感器网络的寿命。现有的低功耗技术主要有改进介质访问控制层协议、路由路径最优算法、使用超低功耗的硬件、合理部署传感器节点等。由于无线传感器网络的繁杂多样,且上述介绍的几种低功耗技术在实际的应用中都没有确定中继路由节点的最大休眠时间,因此使得中继路由节点没有采取最佳的休眠时间进行休眠,从而未能在极大的程度上降低无线传感器网络的能耗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法,其在单中继路由的情况下可以准确地预估出中继路由的最大休眠时间,使中继路由可以采取最大休眠时间进行休眠,增强中继路由的低功耗性能,从而在最大程度上降低无线传感器网络的能耗。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法,其特征在于包括以下步骤:①设定无线传感器网络中分布有n个终端节点、一个中继路由及一个协调器,并要求终端节点和中继路由采用ZigBee模块,要求中继路由的容量已知,其中,n≥2;然后根据无线传感器网络的结构、终端节点和中继路由所采用的模块、中继路由的容量,确定排队论模型;②在无线传感器网络中,要求中继路由和所有终端节点同步工作,并设置中继路由的工作周期为t分钟,假设中继路由的休眠时间为X秒,则在t分钟内中继路由的工作时间为60t-X秒,并假设每个终端节点在t分钟内发送一个数据包,则中继路由在60t-X秒内共服务了n个数据包;③在无线传感器网络中,任意选取一个终端节点,并仅仅使选取的终端节点、中继路由以及协调器之间能够正常的通信;然后在正常通信后进行实验,在t分钟内选取的终端节点只发送一个数据包的情况下,记录协调器在t分钟内接收到数据包的时间,进行多次实验后计算所记录的所有时间的平均值,并将该平均值作为中继路由服务一个数据包所需的时间,记为T,单位为秒;④令λ表示所采用的排队论模型中的平均到达率,令μ表示所采用的排队论模型中的平均服务率,令ρ表示所采用的排队论模型中的服务强度,ρ=λμ=n×T60t-X;]]>⑤计算所采用的排队论模型中的服务台没有顾客可以服务的概率、平均顾客数、顾客有效到达率、顾客的平均逗留时间,对应记为P0、LS、λe、WS,LS=ρ1-ρ-(N+1)ρN+11-ρN+1,]]>λe=μ(1-P0),WS=LSλe,]]>WS的单位为秒;⑥在无线传感器网络中,要求每个终端节点采集的数据包在中继路由中的逗留时间要小于中继路由的工作时间,使得WS≤60t-X;然后转换WS≤60t-X得到X≤60t-WS,即预估得到中继路由的最大休眠时间为60t-WS秒;再设置终端节点初始化时间,将中继路由的最大休眠时间减去终端节点初始化时间得到的差值作为中继路由和终端节点的最佳休眠时间,其中,终端节点初始化时间自行设定。所述的步骤①中的中继路由的容量的确定过程为:令N表示中继路由的容量,其中,F表示终端节点和中继路由所采用的模块即ZigBee模块的FLASH空间的缓冲区大小,B表示一个终端节点采集的一个数据包的大小,F和B的单位均为字节。所述的步骤⑥中终端节点初始化时间的取值大于或等于1秒且小于或等于预估得到的中继路由的最大休眠时间。与现有技术相比,本专利技术的优点在于:针对单中继路由的情况,引入了排队论模型预估中继路由的最大休眠时间,再设置终端节点初始化时间,将中继路由的最大休眠时间减去终端节点初始化时间得到的差值作为中继路由和终端节点(也即传感器节点)的最佳休眠时间,从而使得中继路由和终端节点采用最佳休眠时间进行休眠,进一步的降低了无线传感网络的能耗;由排队论模型确定中继路由和终端节点的最佳休眠时间来降低无线传感器网络系统的能耗,不但比现有的低功耗技术更加简单、更加稳定,而且能够极大地降低中继路由和终端节点的能耗来延长系统的寿命,具有很好的应用价值。附图说明图1为本专利技术方法的流程框图;图2为本专利技术方法采用的ZigBee无线传感器网络的组成结构图。具体实施方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术提出的一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法,其流程框图如图1所示,其包括以下步骤:①设定无线传感器网络中分布有n个终端节点、一个中继路由及一个协调器,并要求终端节点和中继路由采用ZigBee模块,要求中继路由的容量已知,其中,n≥2,在本实施例中取n=2;然后根据无线传感器网络的结构、终端节点和中继路由所采用的模块、中继路由的容量,确定排队论模型。图2给出了本实施例采用的ZigBee无线传感器网络的组成结构图,该ZigBee无线传感器网络分布有两个终端节点、一个中继路由及一个协调器。在本实施例中,中继路由的服务规则为先到先服务;ZigBee模块可以选用型号为DRF1605的ZigBee模块,ZigBee模块具有256K(即256×1024=262144字节)的FLASH空间。在本实施例中,步骤①中的中继路由的容量的确定过程为:令N表示中继路由的容量,其中,F表示终端节点和中继路由所采用的模块即ZigBee模块的FLASH空间的缓冲区大小,B表示一个终端节点采集的一个数据包的大小,F和B的单位均为字节。在本实施例中,用户根据需要采集的数据内容自行确定一个终端节点采集的一个数据包的大小,假设一个终端节点采集的一个数据包的大小为33个字节(B=33字节),即中继路由服务的一个数据包的大小为33个字节,而ZigBee模块的FLASH空间的缓冲区大小为256×1024=262144字节(F=262144字节),因此可计算得到中继路由的容量为N=FB=26214433≈7943]]>字节。在本实施例中,根据无线传感器网络的结构、终端节点和中继路由所采用的模块、中继路由的容量,确定的排队论模型为M/M/1/N/∞模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法,其特征在于包括以下步骤:①设定无线传感器网络中分布有n个终端节点、一个中继路由及一个协调器,并要求终端节点和中继路由采用ZigBee模块,要求中继路由的容量已知,其中,n≥2;然后根据无线传感器网络的结构、终端节点和中继路由所采用的模块、中继路由的容量,确定排队论模型;②在无线传感器网络中,要求中继路由和所有终端节点同步工作,并设置中继路由的工作周期为t分钟,假设中继路由的休眠时间为X秒,则在t分钟内中继路由的工作时间为60t‑X秒,并假设每个终端节点在t分钟内发送一个数据包,则中继路由在60t‑X秒内共服务了n个数据包;③在无线传感器网络中,任意选取一个终端节点,并仅仅使选取的终端节点、中继路由以及协调器之间能够正常的通信;然后在正常通信后进行实验,在t分钟内选取的终端节点只发送一个数据包的情况下,记录协调器在t分钟内接收到数据包的时间,进行多次实验后计算所记录的所有时间的平均值,并将该平均值作为中继路由服务一个数据包所需的时间,记为T,单位为秒;④令λ表示所采用的排队论模型中的平均到达率,令μ表示所采用的排队论模型中的平均服务率,令ρ表示所采用的排队论模型中的服务强度,ρ=λμ=n×T60t-X;]]>⑤计算所采用的排队论模型中的服务台没有顾客可以服务的概率、平均顾客数、顾客有效到达率、顾客的平均逗留时间,对应记为P0、LS、λe、WS,LS=ρ1-ρ-(N+1)ρN+11-ρN+1,]]>λe=μ(1‑P0),WS=LSλe,]]>WS的单位为秒;⑥在无线传感器网络中,要求每个终端节点采集的数据包在中继路由中的逗留时间要小于中继路由的工作时间,使得WS≤60t‑X;然后转换WS≤60t‑X得到X≤60t‑WS,即预估得到中继路由的最大休眠时间为60t‑WS秒;再设置终端节点初始化时间,将中继路由的最大休眠时间减去终端节点初始化时间得到的差值作为中继路由和终端节点的最佳休眠时间,其中,终端节点初始化时间自行设定。...

【技术特征摘要】
1.一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法,其特征在于包括以下步骤:
①设定无线传感器网络中分布有n个终端节点、一个中继路由及一个协调器,并要求终
端节点和中继路由采用ZigBee模块,要求中继路由的容量已知,其中,n≥2;然后根据无线
传感器网络的结构、终端节点和中继路由所采用的模块、中继路由的容量,确定排队论模
型;
②在无线传感器网络中,要求中继路由和所有终端节点同步工作,并设置中继路由的
工作周期为t分钟,假设中继路由的休眠时间为X秒,则在t分钟内中继路由的工作时间为
60t-X秒,并假设每个终端节点在t分钟内发送一个数据包,则中继路由在60t-X秒内共服务
了n个数据包;
③在无线传感器网络中,任意选取一个终端节点,并仅仅使选取的终端节点、中继路由
以及协调器之间能够正常的通信;然后在正常通信后进行实验,在t分钟内选取的终端节点
只发送一个数据包的情况下,记录协调器在t分钟内接收到数据包的时间,进行多次实验后
计算所记录的所有时间的平均值,并将该平均值作为中继路由服务一个数据包所需的时
间,记为T,单位为秒;
④令λ表示所采用的排队论模型中的平均到达率,令μ表示所采用的排队
论模型中的平均服务率,令ρ表示所采用的排队论模型中的服务强度,
ρ=λμ=n×T60t-X;]]>⑤计算所采...

【专利技术属性】
技术研发人员:王志繁叶庆卫周宇王晓东
申请(专利权)人:宁波大学
类型:发明
国别省市:浙江;33

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