[发明专利]一种无线传感网络分布式速率控制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络资源分配技术领域，具体为一种无线传感网络分布式速率控制方法。

背景技术

无线传感网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型节能传感器节点组成，以多跳无线通信方式构成的自组织网络系统，协同地感知、采集和处理监测区域中被监测对象的信息。无线传感网络在军事、工业、家居、环境等诸多领域有着广泛的应用前景。尤其是在自然灾害监测、救援等突发紧急场合有着特殊的作用。在众多的实际应用中，其性能很大程度上依赖于数据的传输速率，这就意味着需要更多的网络资源才能满足用户的业务需求。然而，在无线传感器网络中，节点的能量资源以及网络的带宽资源十分有限，从而给资源分配方法的设计带来了挑战。同时，无线传感网络通常是大规模铺设，资源分配方法需要通过分布式实施。因而，设计有效的分布式资源分配方法成为无线传感网络的关键技术之一。

近年来，很多研究人员致力于网络数据传输速率的有效、公平分配。Kelly等人首次应用网络效用最大化构架来设计网络的速率控制问题。Xue等人对无线多跳网络的速率控制问题进行了深入的研究。Chiang等人致力于无线多跳网络的拥塞控制与功率控制联合优化，实现网络总体性能的提升。Wang等人提出了联合拥塞控制与MAC层设计的算法。然而，以上研究均忽略了无线传感网络能量受限的特点。Chen等人在网络生命周期和链路干扰的联合约束下首次提出了无线传感器网络的异步流控制算法。Zhu等人权衡无线传感器网络速率分配和网络生命周期，将其表示成一个带有约束的最大化问题，并对问题分别进行了部分分布式和完全分布式的算法求解。Yuen等人提出了一个解决数据传输能耗最小问题的分布式算法。Huang等人设计了一个联合拥塞控制与调度的优化算法以实现多跳无线网络的效用最大化以及端到端时延的最小化。然而，所有这些研究均采用了传统的对偶分解和次梯度算法，不可避免地出现了收敛速度慢、步长不易调节、通信负荷大等缺陷，严重制约了算法在实际网络实施时的性能。因此，亟需为无线传感器网络设计出收敛速度快、通信负荷小的高效分布式速率控制方法，实现网络带宽和节点能量的高效分配。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种无线链路干扰集容量与预期节点寿命的联合约束下的面向混合通信业务的无线传感网络分布式速率控制方法的技术方案，通过多次迭代后，使得无线传感网络的带宽和能量资源取得最优分配，实现所有源端用户的效用公平。

所述的一种无线传感网络分布式速率控制方法，其特征在于包括以下步骤：

网络中的中间链路根据所在链路干扰集在带宽上的供求关系，按比例-微分型方式更新带宽价格因子；中间节点根据所在节点的能量供求关系，按比例-微分型方式更新能量价格因子；源节点根据数据所经链路上各节点的能量价格因子和带宽价格因子，优化设定合适的数据传输速率；通过多次迭代后，使得无线传感网络的带宽和能量资源取得最优分配。

所述的一种无线传感网络分布式速率控制方法，其特征在于该方法的分布式迭代实施步骤具体如下：

在第t次迭代时，

步骤1)：在每个源端节点s中，实施如下过程：

步骤1-A)：源端s获取信息流的路径总价格因子；

，其中 表示在信息流s所经路径上的总价格，表示从源端s出发到达接收端所经无线链路的集合，表示无线链路l的干扰集，表示为转发信息流s的节点集合(不包括信息流s的源端节点), 表示无线链路j的带宽价格因子，与分别表示节点在单位时间内接收和传送单位数据的能耗，看作是节点n的能量价格；如果信息流s的源端是节点n，则，否则；

步骤1-B)：基于调整新的信息发送速率，其中是信息流s的传输速率，信息流s允许的最小传输速率，信息流s允许的最大传输速率，t是迭代步数， 表示信息流s对应的效用函数，表示的逆函数；

步骤1-C)：以新的发送速率传输信息到它的路径上；

步骤2)：在每个中间节点n中，实施如下过程：

步骤2-A)：基于比例-微分型价格因子更新方法，得到新的能量价格因子；

，