时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法和系统，通过采用平衡策略、稀释策略、使能新的通道、禁止通道、增加最低优先级的消息的周期、删除具有较低优先级的消息等方式的选择或组合，能够有效管理任何添加的或者移除的消息，实现了可行的且优化的任务调度。

Transmission Scheduling Method and System of Messages in RWSN with Time and Energy Constraints

The present invention provides a transmission scheduling method and system of messages in RWSN with time and energy constraints. By adopting the selection or combination of balance strategy, dilution strategy, enabling new channels, prohibiting channels, increasing the period of messages with the lowest priority, deleting messages with lower priority, any added or removed messages can be effectively managed, and the feasibility is realized. And the optimized task scheduling.

【技术实现步骤摘要】
时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法和系统
本专利技术涉及RWSN(ReconfigurableWirelessSensorNetworks，可重新配置的无线传感器网络)中消息的传输调度方法和系统，更具体地，涉及时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法和系统。
技术介绍
WSN(WirelessSensorNetworks，无线传感器网络)是由部署在监测区域内的大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的传感器网络，具有大规模、低功耗、低成本和自组织等典型特点，能够广泛应用于环境监测等多个领域。在WSN中，传感器节点是由一次性的电池供电，并且传感器节点由于计算能力低、能量有限的特点，无法独自完成较复杂的应用。因此，网关需要将应用程序分解为多个具有优先级关系的任务，并调度到多个传感器节点上处理。现阶段，WSN中的任务调度算法主要分为静态调度算法和动态调度算法，静态算法是指所有的任务——资源映射策略在调度前已经确定,而动态调度算法是指部分任务——资源映射策略是在调度期间根据实际情况确定。因此，静态调度算法相对比较简单、运行开销小、对数据依赖小，但静态调度算法对于资源的分布性以及异构性支持力度不够，而动态调度算法很好的解决异构性分布性带来的负载平衡问题、效应测定问题、任务迁徙问题。采用动态调度算法的WSN可以称为RWSN，即可重新配置的无线传感器网络。RWSN中降低任务完成的能耗，平衡传感器节点的能量消耗有利于延长网络寿命，而任务完成的实时性和可靠性是提高网络应用性能的重要指标。但是在实际动态调度过程中，经常会出现计算时间长、能量消耗大等情况，因此，RWSN中动态调度需要综合考虑任务完成的时间、能耗等多个QoS(QualityofService，服务质量)性能指标，即要满足时间约束和能量约束。然而，现有技术中，当在RWSN中添加或者移除任务，例如消息时，通常会违反时间约束和能量约束，即会产生时间长和/或能耗高的问题。
技术实现思路
本专利技术提出了时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法和系统，其提出了一种新的动态解决方案：采用平衡策略(Balance)、稀释(Dilute)策略以及两者的组合，通过设置如何以及何时执行重新配置来满足运行时的时间约束和能量约束，本专利技术能够有效管理任何添加的或者移除的消息，实现了可行的且优化的任务调度。本专利技术所提供的时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤101，节点接收消息mi，将mi添加到单一通道cj中，其中，mi∈M，M为要被传输的消息集合，mi为新的周期性的消息；步骤102，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么在通道cj中传输mi，否则进入步骤103；步骤103，所述节点在平衡(Balance)策略和稀疏(Dilute)策略中选择一个策略来调度消息mi；步骤104，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么就进入步骤105，否则进入步骤106；步骤105，利用步骤103中选择的策略传输mi；步骤106，判断系统是否是时间可行的但是能量非可行的，如果是，那么就进入步骤107，否则进入步骤108；步骤107，禁止一个通道，其中在被禁止的通道上传输的消息具有比消息mi更低的优先级，进入步骤109；步骤108，判断系统是否是能量可行的但是时间非可行的，如果是，那么就进入步骤110，否则进入步骤111；步骤109，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，否则进入步骤111；步骤110，使能一个新的通道，进入步骤112；步骤111，利用截断(Truncate)策略调度消息mi，进入步骤113；步骤112，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，否则进入步骤114；步骤113，判断是否有比消息mi更低优先级的消息，如果有，则删除所述更低优先级的消息，并进入步骤103从而对消息mi的下一个周期进行调度，如果没有，则进入步骤115；步骤114，利用葡萄(Grape)策略调度消息mi，进入步骤116；步骤115，忽略消息mi，并结束对消息mi的调度，进入步骤117；步骤116，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，其中此时消息mi的周期Ti被延长为否则进入步骤111；步骤117，结束。优选的，所述步骤103中的平衡(Balance)策略为：在添加消息mi后，当系统变得时间非可行或者能量非可行，每一个通道cj根据(公式5)给出能用于消息mi的WCTTgj，其中WCTT为最坏情况传输时间，为已经通过通道cj传输的消息，Ca为通道集合，如果通道cj给出的WCTTgj满足WCTTgj≤WCTTij，那么就在通道cj传输消息mi；否则，根据消息mi剩余的WCTT将消息mi分配给Ca中的其它通道，所述剩余的WCTT为WCTTij-WCTTgj，以此类推，直到满足下述(公式6)，其中Bj为传输速率：优选的，所述稀疏(Dilute)策略为：在添加消息mi后，当系统变得时间非可行或者能量非可行，将所述消息mi的周期Ti延长为从而使得所述系统在通道集合Ca是时间可行的并且能量可行，其中需要满足(公式7)和(公式8)，其中为硬截止时间间隔，Cn为可用通道数量：优选的，在所述步骤103中，如果平衡(Balance)策略和稀疏(Dilute)策略都能调度所述消息，那么在平衡(Balance)策略和稀疏(Dilute)策略中选择具有较低响应时间的策略。优选的，所述Grape策略为：在添加消息mi后，增加消息mi的周期为新周期，使得所述消息mi在通道cj上具有最低优先级，如果所述消息mi的新周期满足下面的(公式10)(公式11)(公式12)，则所述消息mi可以被调度，其中，优选的，所述截断(Truncate)策略为：在添加消息mi后，当系统变得时间非可行或者能量非可行，则删除比消息mi具有更低优先级的消息。优选的，在步骤105、步骤109、步骤112、步骤116中的至少一个中，传输mi利用EDF调度算法。优选的，在步骤102中，使用功率控制策略在通道cj中传输mi。本专利技术提出了一种存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时上述任一项所述的方法。本专利技术提出了一种在时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度系统，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法。本专利技术提出的在时间和能量约束下WSN中消息的传输调度方法和系统与现有技术相比，具有如下优点：就创造性方面，大量的仿真实验表明，相比于现有方法，本专利技术提出的方法具有显著的进步。在满足期限的同时，在添加最高优先级消息方面，本专利技术提出的方法的成功率高达85％，在某些情形下，本专利技术提出的组合方法在优先消息调度方面的成功率可以达到100％。本专利技术提出的方法，相对于现有技术，在保证所有调度消息的期限的前提下，能够在一个或多个通道添加全部种类的消息，并且具有更低的平均能量消耗和更低的响应时间。本专利技术在以下方面与现有技术存在不同之处：(1)本专利技术提出了多个实时的重新配置方法，能够使得节点在满足QoS和能量约束的同时高效率地调度消本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤101，节点接收消息mi，将mi添加到单一通道cj中，其中，mi∈M，M为要被传输的消息集合，mi为新的周期性的消息；步骤102，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么在通道cj中传输mi，否则进入步骤103；步骤103，所述节点在平衡(Balance)策略和稀疏(Dilute)策略中选择一个策略来调度消息mi；步骤104，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么就进入步骤105，否则进入步骤106；步骤105，利用步骤103中选择的策略传输mi；步骤106，判断系统是否是时间可行的但是能量非可行的，如果是，那么就进入步骤107，否则进入步骤108；步骤107，禁止一个通道，其中在被禁止的通道上传输的消息具有比消息mi更低的优先级，进入步骤109；步骤108，判断系统是否是能量可行的但是时间非可行的，如果是，那么就进入步骤110，否则进入步骤111；步骤109，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，否则进入步骤111；步骤110，使能一个新的通道，进入步骤112；步骤111，利用截断(Truncate)策略调度消息mi，进入步骤113；步骤112，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，否则进入步骤114；步骤113，判断是否有比消息mi更低优先级的消息，如果有，则删除所述更低优先级的消息，并进入步骤103从而对消息mi的下一个周期进行调度，如果没有，则进入步骤115；步骤114，利用葡萄(Grape)策略调度消息mi，进入步骤116；步骤115，忽略消息mi，并结束对消息mi的调度，进入步骤117；步骤116，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，其中此时消息mi的周期Ti被延长为...

【技术特征摘要】
1.时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤101，节点接收消息mi，将mi添加到单一通道cj中，其中，mi∈M，M为要被传输的消息集合，mi为新的周期性的消息；步骤102，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么在通道cj中传输mi，否则进入步骤103；步骤103，所述节点在平衡(Balance)策略和稀疏(Dilute)策略中选择一个策略来调度消息mi；步骤104，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么就进入步骤105，否则进入步骤106；步骤105，利用步骤103中选择的策略传输mi；步骤106，判断系统是否是时间可行的但是能量非可行的，如果是，那么就进入步骤107，否则进入步骤108；步骤107，禁止一个通道，其中在被禁止的通道上传输的消息具有比消息mi更低的优先级，进入步骤109；步骤108，判断系统是否是能量可行的但是时间非可行的，如果是，那么就进入步骤110，否则进入步骤111；步骤109，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，否则进入步骤111；步骤110，使能一个新的通道，进入步骤112；步骤111，利用截断(Truncate)策略调度消息mi，进入步骤113；步骤112，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，否则进入步骤114；步骤113，判断是否有比消息mi更低优先级的消息，如果有，则删除所述更低优先级的消息，并进入步骤103从而对消息mi的下一个周期进行调度，如果没有，则进入步骤115；步骤114，利用葡萄(Grape)策略调度消息mi，进入步骤116；步骤115，忽略消息mi，并结束对消息mi的调度，进入步骤117；步骤116，判断系统是否是时间可行的并且能量可行的，如果是，那么传输mi，其中此时消息mi的周期Ti被延长为否则进入步骤111；步骤117，结束。2.根据权利要求1所述的时间和能量约束下RWSN中消息的传输调度方法，其特征在于所述步骤103中的平衡(Balance)策略为：在添加消息mi后，当系统变得时间非可行或者能量非可行，每一个通道cj根据(公式5)给出能用于消息mi的WCTTgj，其中WCTT为最坏情况传输时间，为已经通过通道cj传输的消息，Ca为通道集合，如果通道cj给出的WCTTgj满足WCTTgj≤WCTTij，那么就在通道cj传输消息mi；否则，根据消息mi剩余的WCTT将消息mi分配给Ca中的其它通道，所述剩余的WCTT为WCTTij-WCTTgj，以此类推，直到满足下述(公式6)，其中Bj为传输速率：3.根据权利要求1所述的时间和能量约...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·卡拉杰，尤斯拉·本·伊萨，阿卜杜勒马利克·巴希尔，李志武，屈挺，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44