基于负载预测的感知数据传输方法、装置、路由控制器制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于负载预测的感知数据传输方法、装置、路由控制器及物联网传感器网络系统，该方法包括计算从当前传感器节点发送报文到目的传感器节点的各可用链路；获取上述链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并计算上述链路的耗电代价趋势值；获取上述传感器节点的容量参数及其周期变化，计算得到各可用链路的拥塞代价趋势值；计算各可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，判断相差度是否小于阈值；若是确定小于阈值的相差度对应的可用链路，确定可用链路中耗电代价趋势值最小的可用链路为发送报文的路径；若否确定拥塞代价趋势值最小的可用链路为发送报文的路径；实现传感器网络的能耗均衡控制，提高报文成功投递率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造物联网传感器网络领域，特别涉及一种基于负载预测的感知数据传输方法、装置、路由控制器及物联网传感器网络系统。
技术介绍
在制造生产过程中，由于环境恶劣，干扰严重，需要将异构传感器节点部署在检测区域实现多源信息的采集，大量传感器节点相互通信形成的多跳自组织网络系统，是制造物联网底层网络的重要技术形式。在网络拥塞问题上，现有方法通过评价网络拥塞状况来选择局部最优链路或是全局最优链路，如目的节点序列距离矢量DSDV算法、拥塞预知路由算法(CPRA)、I—DSDV算法等。另外，在能耗问题上，传感器节点的电池更换不方便。传感器节点也会由于电源能量耗尽而导致局部节点间不能正常通信，甚至进而影响整个传感器网络。目前，异构传感器网络大都注重如何降低能耗，很少注重能耗均衡问题。由此可见，在异构传感器网络中，现有方法大多或者仅考虑拥塞，或者仅考虑能耗；处理方式上大多是对网络现状的评价，如专利“基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法”中仅根据网络节点的当前缓存和电池状况进行消息转发，难以确定网络状况未来的变化。因此，如何通过对异构传感器网络拥塞度和能耗程度的预测来决定报文的传输链路，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于负载预测的感知数据传输方法，能够实现传感器网络的能耗均衡控制，并提高报文成功投递率；本专利技术的另一目的是提供一种基于负载预测的感知数据传输装置、路由控制器及物联网传感器网络系统。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于负载预测的感知数据传输方法，包括：计算从当前传感器节点发送报文到目的传感器节点的各可用链路；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的拥塞代价趋势值；计算各所述可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，并判断所述相差度是否小于阈值；若是，则确定小于阈值的所述相差度对应的可用链路，并确定各对应的可用链路中耗电代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径；若否，则确定拥塞代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径。其中，获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值，包括：获取电量采集单元采集的各转发报文的传感器节点的电量百分比值BD(t)及周期平均耗电量PCA(t)；利用公式PCD(t)＝BD(t)+PCA(t)计算各转发报文的传感器节点的耗电程度PCD(t)，并利用约束条件确定各预定时间内的耗电程度值PCD；将所述PCD与设定电量比较阈值进行比较，周期性统计确定耗电程度标志单元PCU的值；通过公式计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；其中，hopcij为数据包从节点i转发到目的节点j的节点跳数。其中，获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的节点拥塞代价趋势值，包括：计算得到各转发报文的传感器节点的缓冲区待发送数据包个数和缓冲区最大容量的比值BR(t)及单位时间进入传感器节点数据包的个数和流出传感器节点数据包个数的差值与缓冲区最大容量的比值AR(t)；利用公式CD(t)＝BR(t)+AR(t)计算各转发报文的传感器节点的拥塞程度CD(t)，并利用约束条件确定各预定时间内的拥塞程度值CD；将所述CD与设定拥塞比较阈值进行比较，周期性统计确定拥塞程度标志单元CU的值；通过公式计算得到各所述可用链路的拥塞代价趋势值；其中，hopcij为数据包从节点i转发到目的节点j的节点跳数。其中，计算各所述可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，并判断所述相差度是否小于阈值，包括：计算任意两个可用链路的拥塞代价趋势值的差值，并根据所述差值计算相差度；将所述相差度与阈值进行比较，判断所述相差度是否小于阈值。本专利技术还提供一种基于负载预测的感知数据传输装置，包括：可用路径计算模块，用于计算从当前传感器节点发送报文到目的传感器节点的各可用链路；耗电代价趋势值预测模块，用于获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；拥塞代价趋势值预测模块，用于获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的节点拥塞代价趋势值；路径确定模块，用于计算各所述可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，并判断所述相差度是否小于阈值；若是，则确定小于阈值的所述相差度对应的可用链路，并确定各对应的可用链路中耗电代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径；若否，则确定拥塞代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径。其中，所述耗电代价趋势值预测模块包括：电量参数及其周期变化获取单元，用于获取电量采集单元采集的各转发报文的传感器节点的电量百分比值BD(t)及周期平均耗电量PCA(t)；PCD计算单元，用于利用公式PCD(t)＝BD(t)+PCA(t)计算各转发报文的传感器节点的耗电程度PCD(t)，并利用约束条件确定各预定时间内的耗电程度值PCD；PCU计算单元，用于将所述PCD与设定电量比较阈值进行比较，周期性统计确定耗电程度标志单元PCU的值；耗电代价趋势值计算单元，用于通过公式计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；其中，hopcij为数据包从节点i转发到目的节点j的节点跳数。其中，所述拥塞代价趋势值预测模块包括：容量参数及其周期变化获取单元，用于计算得到各转发报文的传感器节点的缓冲区待发送数据包个数和缓冲区最大容量的比值BR(t)及单位时间进入传感器节点数据包的个数和流出传感器节点数据包个数的差值与缓冲区最大容量的比值AR(t)；CD计算单元，用于利用公式CD(t)＝BR(t)+AR(t)计算各转发报文的传感器节点的拥塞程度CD(t)，并利用约束条件确定各预定时间内的拥塞程度值CD；CU计算单元，用于将所述CD与设定拥塞比较阈值进行比较，周期性统计确定拥塞程度标志单元CU的值；拥塞代价趋势值计算单元，用于通过公式计算得到各所述可用链路的拥塞代价趋势值；其中，hopcij为数据包从节点i转发到目的节点j的节点跳数。其中，所述路径确定模块包括：相差度单元，用于计算任意两个可用链路的拥塞代价趋势值的差值，并根据所述差值计算相差度；判断单元，用于将所述相差度与阈值进行比较，判断所述相差度是否小于阈值。本专利技术还提供一种路由控制器，包括：如上述所述的基于负载预测的感知数据传输装置。本专利技术还提供一种物联网传感器网络系统，包括：如上述所述的路由控制器。本专利技术所提供的一种基于负载预测的感知数据传输方法，包括：计算从当前传感器节点发送报文到目的传感器节点的各可用链路；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于负载预测的感知数据传输方法，其特征在于，包括：计算从当前传感器节点发送报文到目的传感器节点的各可用链路；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的节点拥塞代价趋势值；计算各所述可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，并判断所述相差度是否小于阈值；若是，则确定小于阈值的所述相差度对应的可用链路，并确定各对应的可用链路中耗电代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径；若否，则确定拥塞代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径。

【技术特征摘要】
1.一种基于负载预测的感知数据传输方法，其特征在于，包括：计算从当前传感器节点发送报文到目的传感器节点的各可用链路；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的节点拥塞代价趋势值；计算各所述可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，并判断所述相差度是否小于阈值；若是，则确定小于阈值的所述相差度对应的可用链路，并确定各对应的可用链路中耗电代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径；若否，则确定拥塞代价趋势值最小的可用链路作为发送报文的路径。2.如权利要求1所述的基于负载预测的感知数据传输方法，其特征在于，获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的电量参数及其周期变化，并根据所述电量参数及其周期变化计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值，包括：获取电量采集单元采集的各转发报文的传感器节点的电量百分比值BD(t)及周期平均耗电量PCA(t)；利用公式PCD(t)＝BD(t)+PCA(t)计算各转发报文的传感器节点的耗电程度PCD(t)，并利用约束条件确定各预定时间内的耗电程度值PCD；将所述PCD与设定电量比较阈值进行比较，周期性统计确定耗电程度标志单元PCU的值；通过公式计算得到各所述可用链路的耗电代价趋势值；其中，hopcij为数据包从节点i转发到目的节点j的节点跳数。3.如权利要求1所述的基于负载预测的感知数据传输方法，其特征在于，获取各所述可用链路中各转发报文的传感器节点的容量参数及其周期变化，并根据所述容量参数及其周期变化预测得到各所述可用链路的拥塞代价趋势值，包括：计算得到各转发报文的传感器节点的缓冲区待发送数据包个数和缓冲区最大容量的比值BR(t)及单位时间进入传感器节点数据包的个数和流出传感器节点数据包个数的差值与缓冲区最大容量的比值AR(t)；利用公式CD(t)＝BR(t)+AR(t)计算各转发报文的传感器节点的拥塞程度CD(t)，并利用约束条件确定各预定时间内的拥塞程度值CD；将所述CD与设定拥塞比较阈值进行比较，周期性统计确定拥塞程度标志单元CU的值；通过公式计算得到各所述可用链路的拥塞代价趋势值；其中，hopcij为数据包从节点i转发到目的节点j的节点跳数。4.如权利要求2或3所述的基于负载预测的感知数据传输方法，其特征在于，计算各所述可用链路的拥塞代价趋势值的相差度，并判断所述相差度是否小于阈值，包括：计算任意两个可用链路的拥塞代价趋势值的差值，并根据所述差值计算相差度；将所述相差度与阈值进行比较，判断所述相差度是否小于阈值。5.一种基于负载预测的感知数据传输装置，其特征在于，包括：可用路径计算模块，用于计算从当前传感器节点发送报文到目的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：程良伦，黄思猛，王涛，肖红，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44