[发明专利]一种体域网中保证QoS的MAC层时隙分配方法

权利要求书

1.一种体域网中保证QoS的MAC层时隙分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过传感器节点的关键指数因子、采样率因子、超时因子和剩余能量因子计算节点优先级；

所述步骤S1中节点优先级的计算公式为：

上式中，ω₁+ω₂+ω₃＝1，i＝1,2,……,N，ω₁、ω₂和ω₃均为系数，N为节点总数，Pri_i为节点i的优先级，Pri_ove,i为考虑了超时因子Ove_pri,i的节点优先级，RemE_i为节点i的剩余能量，RemE_th,i为节点i的剩余能量最低门限值，CI_pri,i为节点i的关键指数因子，f_pri,i为节点i的采样率因子，Ove_num,i为节点i的下一个超帧中节点可能超时的数据帧数量，Ove_num,th,i为节点i的下一次超帧中可能会超时的数据帧数量门限，Ove_pri,i为节点i的超时因子，Ove_pri,th,i为节点i的下一次超帧中可能会超时的数据帧优先级门限，其中，采样率因子f_pri的计算公式为：

上式中，N_frame＝N_new+N_old，N_frame为下一个超帧期间缓存列队中的总数据帧数量，N_new为下一个超帧周期内新数据帧数量，N_old为下一个超帧周期内旧数据帧数量，f_pri,new为下一个超帧周期内新数据帧的采样率因子，f_pri,old为下一个超帧周期内旧数据帧的采样率因子，f_u为节点的采样率上界，f_l为节点采样率下界，f_new为本地处理单元为新数据帧分配的采样率，f_old为地处理单元为旧数据帧分配的采样率，其中，N_new和N_old的计算公式为：

上式中，T_s为采样时间，R为数据传输速率，T_slot为时隙长度，Req_frame,old为当前超帧中该节点的业务需求，以数据帧为单位，N_slots,old为当前超帧中该节点分得的时隙数，为当前超帧中该节点数据帧的平均交付概率；

节点i的剩余能量RemE_i的计算公式为：

RemE_i＝E_current,i-E_tran,i

上式中，E_current,i为当前能量水平，E_tran,i为下一次传输中节点i消耗的能量；

S2、计算节点的交付概率、延时成本和能量成本；

所述步骤S2中节点i的交付概率即为该节点的平均交付概率计算公式为：

上式中，slot_i为节点i分配的所有时隙，N_slot,i为节点i分配的时隙数量，p(j)为第j个时隙对应的交付概率，T_slot为时隙长度，p(j)的计算公式为：

上式中，P_BG为信道状态由bad变为good的概率，P_GB为信道状态由good变为bad的概率，如果某信道状态下数据帧能够成功传输到本地处理单元，则该信道状态为good，反之为bad，P_ch＝P_BG+P_GB，P_ch为信道发生变化的概率；

节点i的延时成本C_delay,i的计算公式为：

上式中，t_succTran,j(i)为节点i中数据帧j传输成功的时刻，Nodes(i)为节点i中没有发生超时的数据帧集合，j为其角坐标，N_Nodes(i)为该集合容量，t_init,j(i)为节点i中数据帧j进入列队的时刻，t_ove,th,j(i)为节点i中数据帧j的超时门限，且

t_succTran,j＝p(j)·t_startTran,j+(1-p(j))·(T_slot+t_startTran,j)

上式中，t_startTran,j为数据帧j按照分配的时隙开始传输的时间；

节点i的能量成本C_E,i的计算公式为：

上式中，R_i为节点i的传输速率，为节点i数据帧的平均交付概率，为节点i的平均交付概率的最小值，P_tran,i节点i的传输数据帧能耗功率，E_tran为传输数据帧能耗，T_tran为传输时间；

S3、通过节点的优先级、交付概率、延时成本和能量成本建立节点的效用函数；

所述步骤S3中的节点效用函数为：

上式中，U_i为节点i的效用函数，P_del,i为节点i的交付概率，C_delay,i为节点i的延时成本，C_E,i为节点i的能量成本，λ₁、λ₂、λ₃和λ₄均为大于0的常数，且λ₄λ₃λ₂λ₁；

S4、利用多个节点的效用函数，对体域网中的时隙分配进行建模得到优化模型；

所述步骤S4中的优化模型为：

上式中，Order(i)为节点i的传输顺序，L_oh为单位数据帧的开销比特，Req_bit,i为节点i的业务需求，以bit为单位，T_frame为超帧长度；

S5、通过对节点进行基本时隙分配并考虑约束条件得到优化模型次优的时隙分配方案；

所述步骤S5的具体步骤为：

S51、将GOOD节点和BAD节点进行基本时隙分配，并计算传输持续时隙数；

当节点i的当前超帧最后一个数据帧成功传输时，节点i的初始状态为good，则认为i∈GOOD，否则i∈BAD；

S52、通过传输持续时隙数计算满足时隙总数约束的传输持续时间，得到节点i分配的时隙段；

S53、通过节点i分配的时隙段计算冲突时隙调整后的时隙段列表；

S54、通过节点i的时隙段列表计算超时节点调整后的最终时隙段列表，将最终时隙段列表作为次优的时隙分配方案。