[发明专利]一种工业物联网中基于时间槽的分布式实时信标调度方法

权利要求书

1.一种工业物联网中基于时间槽的分布式实时信标调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：定义一个多跳的占空比传感器网络G＝(V,E)，其中，V表示网络中传感器节点的集合，E表示网络中边的集合，两个传感器节点之间存在一条边当且仅当两者位于彼此的传输范围之内，每个传感器节点随机、独立的选择一个活动时间槽，并且只在每一个工作周期的活动时间槽上醒来接收由其邻居节点发送过来的信标数据包；

S2：在所述占空比传感器网络G中加入干扰模型，定义具有一个活动时隙的占空比传感器网络的最小延迟信标调度优化问题；

S3：计算工作周期起始时间槽j上的节点候选调度信息，然后将候选调度信息广播给对应的邻居节点；

S4：接受候选调度信息的节点，根据自身状态以及传输调度的冲突判定机制进行回复数据包；

S5：步骤S4后，得到每一个时间槽的候选调度信息，根据每一个时间槽的候选调度信息，得到无冲突的实时信标传输调度方案；

步骤S1中所述传感器节点包括活动状态和睡眠状态，所述传感器节点当且仅当处于活动状态时才接收其邻居节点发送过来的信标数据包，所述占空比定义为活动状态的时间与整个工作周期的时间的比值，所述工作周期分为若干个相同大小的时间槽，每个传感器节点随机、独立的选择其中一个时间槽为活动时间槽，在每个工作周期的活动时间槽中，传感器节点处于活动状态，在每个工作周期的其它时间槽中，传感器节点处于睡眠状态；

步骤S2中所述干扰模型，具体为协议干扰模型：

占空比传感器网络G中，任意传感器节点v的信标传输范围为一个以v为中心的单位圆，干扰半径为R(v)≥1，干扰范围是一个以R(v)为半径的圆，用INR(v)表示与节点v冲突的节点集合，所述与节点v冲突的节点集合即不能跟v同时发送信标数据包的节点，任意一对传感器节点不能同时传输信标数据包当且仅当以下三个条件中有一个成立：

(1)节点u,v位于彼此的信标传输范围内；

(2)存在一个节点w位于u的信标传输范围内且位于v的干扰范围内；

(3)存在一个节点w位于v的信标传输范围内且位于u的干扰范围内；

具有一个活动时隙的占空比传感器网络的最小延迟信标调度优化问题定义为：

定义1.1给定多跳的占空比工业传感器网络G＝(V,E)，网络G上基于时间槽的分布式调度，用Sch表示，其中并且满足以下的条件：

a.对于任意的一个传输调度有t＝C×|T|+x，其中C为一个大于等于0的整数且x＝W(w)，W(w)表示节点w的活动时间槽，其中，表示在时间t时，从节点u发送至节点w的传输调度，|T|表示工作周期；

b.对于任意两个传输调度和v≠u，当t1＝t2时当且仅当和

根据上述定义得到问题的形式化定义：

输入：

一个占空比网络G＝(V,E)；

每一个传感器节点的活动时间槽，即W(u)，

输出：

基于顶点的信标调度其中Sch_min满足如下的条件：

Sch_min满足定义1.1；

对于任意一个满足定义1.1的调度Sch′，BL(Sch_min)≤BL(Sch′)，其中BL(Sch_min)和BL(Sch′)分别代表信标传输调度Sch_min和Sch′的延迟；

所述占空比传感器网络G中，每个传感器节点维护以下信息：

节点u唯一的ID和自己的工作计划；

节点u的邻居信息,包括邻居节点v唯一的ID和工作计划；

节点u的禁止传输时间槽FTS(u)；

步骤S3中所述计算工作周期起始时间槽j上的节点候选调度信息，具体如下：

节点u的候选传输调度CTS(u)←[u,v,j,weight]，其中，v和j分别表示信标接收节点和传输时间槽，weight表示候选传输调度的权重值；

在一个系统给定的时间槽j上，首先判断在这个时间槽上节点u是否可以传输且是否存在处于活动状态的邻居节点，如果条件成立则计算对应的候选传输调度，并将调度权重设置为处于活动状态的邻居节点个数；如果条件不成立，则说明在时间槽j上节点u不存在处于活动状态的节点或者节点u不可以在该时间槽上进行传输。