[发明专利]一种主动式预测的无线传感器网络可靠数据传输方法

权利要求书

1.一种主动式预测的无线传感器网络可靠数据传输方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：传感器网络划分成栅格形式，栅格数量由网络规模即节点数量n，监控面积H×H及节点通信半径r决定；栅格大小为h×h；设节点通过定位算法知道自身位置；为进行速率预测，设定周期固定长度T；

步骤二：各栅格中选择A类节点即栅格中的组长节点，记录本周期内栅格中所有节点的输入输出速率；

步骤三：采用单服务窗混合制排队模型M/M/1/m对各节点进行分析；队列达到稳定状态，单节点输入输出速率比值保持不变；当节点被占用存储空间L大于阈值L_max且小于节点最大存储量m时，相应降低输入输出速率比值，避免节点缓存溢出；

步骤四：在栅格k中，周期t-1结束时，A类节点A_k(t+1)根据其记录的节点输入输出速率值，计算平均输入输出速率λ_i^k(t-1)，μ_i^k(t-1)；统计各节点存储占用量，计算栅格平均存储占用量L_avg；根据λ_i^k(t-1)，μ_i^k(t-1)与E(t-1)关系，预测周期t内栅格平均存储占用量E(t)；再利用E(t-1)与E(0的比值，预先调整栅格在周期t内的平均输入输出速率，达到系统级控制的目的；

另外，A_k(t+1)记录栅格中剩余能量最大节点，周期t-1结束时，广播其成为周期t内的A类节点A_k(t)；

步骤五：根据网络状况，结合步骤三与步骤四，分别为节点级与系统级控制方法设定权重；当网络带宽、信道质量资源比较高时，可以增加权重α的值，使网络整体资源有效利用；当某节点数据转发量较低、孩子节点较少时，可以减少权重α的值，使此节点自己拥有的资源即存储空间、速率充分利用，得到整个网络效率最高，保证整体网络数据传输的可靠性。

2.根据权利要求1所述的一种主动式预测的无线传感器网络可靠数据传输方法，其特征在于：该步骤一中，传感器网络划分成栅格形式，设节点通过定位算法知道自身位置，设定周期固定长度T，其具体方法如下：

传感器节点自组织工作在H×H的二维空间R²，节点按随机方式分布，且足够密集；网络划分为相同正方形栅格形式，其边长为h，栅格数量为栅格号从左向右依次增大，且下行栅格号总大于上行；节点通信半径保证同一栅格中节点都互相通信；节点根据已有定位算法获得自身位置，从而确定其所属栅格；节点存储空间m，被占用空间L，阈值为L_max；网络以周期为时间段进行拥塞预测，周期长度为t。

3.根据权利要求1所述的一种主动式预测的无线传感器网络可靠数据传输方法，其特征在于：该步骤二中，各栅格中选择A类节点即栅格中的组长节点，记录本周期内栅格中所有节点的输入输出速率；其具体方法如下：

网络初始化时，每个栅格中随机选择一个节点作为A类节点；系统运行过程中，每个节点产生的数据包头部携带节点的剩余能量信息，A类节点监控本栅格中各节点的能量状况和栅格中各节点的输入输出速率；当新周期t开始时，t-1周期的A类节点A(t-1)计算并广播栅格平均输入输出速率，同时广播栅格中最大剩余能量的节点信息，此节点成为新周期的A类节点A(t)。

4.根据权利要求1所述的一种主动式预测的无线传感器网络可靠数据传输方法，其特征在于：该步骤三中，采用单服务窗混合制排队模型M/M/1/m对各节点进行分析；调整节点输入输出速率，避免节点级缓存溢出；其具体方法如下：

由于节点存储空间有限，采用单服务窗混合制排队模型M/M/1/m对各节点进行分析；队列达到平稳状态，节点输入/输出速率比值保持不变；当节点存储空间L小于阈值L_max，该节点不出现拥塞；当L_max＜L＜m，节点可能出现节点级拥塞，此时调整节点数据发送速率，避免节点级拥塞现象，实现数据传输可靠性，并通过ACK消息反馈机制通告下游节点，同时迭代反馈消息至数据源节点。

5.根据权利要求1所述的一种主动式预测的无线传感器网络可靠数据传输方法，其特征在于：该步骤四的具体实现方法如下：

周期t-1中，A(t-1)记录本栅格中节点输入输出速率λ_i^k(t-1)，μ_i^k(t-1)；周期t-1结束时，A(t-1)节点计算本周期平均输入输出速率λ_i^k(t)，μ_i^k(t)，并采样统计栅格平均所占局部存储资源E(t-1)；

根据λ_i^k(t)，μ_i^k(t)和E(t-1)，A(t)节点预测本周期t的存储资源占用量E(t)；利用E(t)与栅格存储占用关系以及E(t)与E(t-1)的比例，决定周期t内平均输入输出速率调整方法，主动避免可能发生的系统级拥塞现象。