用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法，采用了时间轮的方式组织节点竞争分配时隙的过程，在竞争过程中为避免时隙分配相关的控制包因节点间的无线传输冲突而丢失问题，解决了节点间时隙分配信息不一致的问题，保证了时隙分配的可靠性；其次，采用了concurrent‑REPLY策略，解决了节点时隙分配过程中每一轮的持续时间不确定的问题；最后，采用了信号包扩散机制，解决了每一轮参与时隙分配的节点数过多导致无线传输冲突严重，引起时隙分配算法性能下降的问题，从而实现了能够在不明显增加传输延迟和网络总活动时间的条件下正确可靠的实现时隙分配，保证较高的数据投递率的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到无线传感器网络通讯领域，具体的说是一种用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法。
技术介绍
目前，无线传感器网络节点时隙分配算法主要分为集中式与分布式调度方法。集中式调度方法最早以图论相关算法为基础，首先将传感器网络形式化表达为图G，并根据图着色等理论方法完成对图G的着色，通过给每种色彩分配互不干扰的活动时隙，实现与节点或链路相关的数据传输活动调度并避免相互冲突。然而，由于典型无线传感器网络大都采用树型拓扑结构进行组织，数据传输往往具有逐层往上汇聚特性，导致部分传感节点需要频繁切换状态以完成数据汇聚传输，无法最优化网络能量效率。集中式方法在自适应网络拓扑动态变化时往往需要重新生成节点调度，导致高昂的能量与通信开销。分布式调度方法虽然克服了集中式方法的缺点，具有良好的可扩展性。然而，由于分布式算法需要节点竞争无线信道访问和时隙分配，节点间传输冲突概率较高，容易发生节点间交换时隙分配信息时丢失控制包而引起节点调度信息不一致的问题。针对分布式调度算法存在的问题，我们提出了新的用于增强数据包投递可靠性的分布式时隙分配方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法，该时隙分配方法具有在维持可接受的传输延迟和调度帧长度的条件下正确可靠的实现时隙分配，保证数据传输可靠性，从而获得较高数据投递率的优点。本专利技术为实现上述技术目的所采用的技术方案为：用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法，首先，节点随机访问无线信道并采用分布式方法建立各自的时隙分配方案，然后节点根据其时隙分配方案访问无线信道进行数据传输以完成数据汇聚，所述的建立节点时隙分配方案的步骤如下：步骤一：扩散信号包设定：N1(v)表示节点v的一跳邻居节点集合，N2(v)表示节点v的两跳邻居节点集合，SC表示一组连续时隙的集合，表示节点v用于发送数据的连续时隙集合，表示节点v用于接收数据的连续时隙集合，S(v)表示节点v的时隙调度方案，由与联合组成；节点v根据其ID号设置发送信号包的回退定时器对于节点v而言，其中ts表示信号包传输时间，Vid表示节点ID，当N1(v)中的节点接收到节点v的信号包时，N1(v)中所有节点将放弃自己的信号包；信号包的扩散由计数器C进行控制，当C＝1时，N1(v)中节点将C加1，此 时，C＝2，然后将节点v的信号包发送至其一跳邻居，即N2(v)，由于C＝2，N2(v)中的节点将停止发送信号包，至此节点v完成了信号包扩散；步骤二：确定预分配时隙对于节点v需要确定其第一个时隙序号sloti以及本次需要分配的时隙数SCL，sloti＝sloti+Nf，Nf表示节点v执行时隙分配的失败次数；当节点v成功完成时隙分配时，Nf＝0，其中，Pl表示一个时隙能够传输的数据包大小，Wc表示节点v接收到的所有来自于以其为根节点的子树上的节点的数据，Dv表示由节点v在一个数据汇聚周期内生成的感知数据量；当节点v申请的不是其调度方案中的第一个用于发送的时隙集合时，Dv＝0，对于节点v，表示为[sloti,sloti+SCL]；步骤三：申请分配时隙节点v通过请求包将扩散至其邻居节点，节点v随后进入监听模式以接收回复包，由于在两跳范围内仅有节点v广播了请求包，N1(v)中的所有节点均能够可靠地接收到该请求包；对于N1(v)中的节点，如果其已分配的时隙与请求包携带的预分配时隙中的时隙至少有一个相同，那么其所请求的无法实现无冲突分配，这些邻居节点将通过回复包通知节点v；步骤四：更新时隙分配信息节点v发送确认包来通知一跳邻居节点N1(v)，用于表明中的时隙已经被节点v占用，N1(v)中的节点将中的时隙添加至已占用时隙列表中，从而保证了节点间的时隙分配信息是同步更新的，为后续其它节点能够分配到无冲突的时隙提供帮助，对于节点v的父节点，中的时隙将被添加到其接收时隙列表中。在所述步骤三申请分配时隙时，为了降低每个时隙指派的持续时间，采用concurrent-REPLY策略，通过采用该策略，节点v将通过是否能够正确接收回复包来判断所请求的是否是无冲突的，concurrent-REPLY策略工作过程如 下：1)如果节点v可以正确接收到父节点的回复包，此时认为中的时隙是无冲突的，可以添加至节点v的调度方案中；2)如果节点v由于多个N1(v)中的一跳邻居节点同时发送回复包而导致无法正确接收到回复包，节点v认为中至少有一个时隙被多个邻居节点占用，此时，中包含的时隙无法被无冲突地指派给节点v。有益效果：本专利技术提出的分布式时隙分配算法采用了时间轮的方式组织节点竞争分配时隙的过程，在竞争过程中为避免时隙分配相关的控制包因节点间的无线传输冲突而丢失问题，解决了节点间时隙分配信息不一致的问题，保证了时隙分配的可靠性；其次，采用了concurrent-REPLY策略，解决了节点时隙分配过程中每一轮的持续时间不确定的问题；最后，采用了信号包扩散机制，解决了每一轮参与时隙分配的节点数过多导致无线传输冲突严重，引起时隙分配算法性能下降的问题。综述以上几点，本专利技术能够在不明显增加传输延迟和网络总活动时间的条件下正确可靠的实现时隙分配，保证较高的数据投递率的优点。附图说明图1为本专利技术中算法的时间组织结构图；图2为每一轮的时间组织结构图；图3为时隙指派的执行过程图；图4为时隙指派的时序图；图5为请求分配时隙节点的执行流程图；图6为邻居节点的执行流程图；图7为仿真实验参数配置表；图8为仿真实验时几种算法数据包投递率的比较图；图9为仿真实验时几种算法调度帧长度的比较图；图10为仿真实验时几种算法平均端到端传输延迟的比较图；图11为仿真实验时几种算法完成节点调度需要的总轮数比较图。具体实施方式用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法，首先，节点随机访问无线信道并采用分布式方法建立各自的时隙分配方案，然后节点根据其时隙分配方案访问无线信道进行数据传输以完成数据汇聚，所述的建立各自的时隙分配方案的步骤如下：步骤一：扩散信号包设定：N1(v)表示节点v的一跳邻居节点集合，N2(v)表示节点v的两跳邻居节点集合，SC表示一组连续时隙的集合，表示节点v用于发送数据的连续时隙集合，表示节点v用于接收数据的连续时隙集合，S(v)表示节点v的时隙分配方案，由与联合组成；节点v根据其ID号设置发送信号包的回退定时器对于节点v而言，其中ts表示信号包传输时间，Vid表示节点ID，当N1(v)中的节点接收到节点v的信号包时，N1(v)中所有节点将放弃自己的信号包；信号包的扩散由计数器C进行控制，当C＝1时，N1(v)中节点将C加1，此时，C＝2，然后将节点v的信号包发送至其一跳邻居，即N2(v)，由于C＝2，N2(v)中的节点将停止发送信号包，至此节点v完成了信号包扩散；步骤二：确定预分配时隙对于节点v需要确定其第一个时隙序号sloti以及本次需要分配的时隙数SCL，sloti＝sloti+Nf，Nf表示节点v执行时隙分配的失败次数；当节点v成功完成时隙分配时，Nf＝0，其中，Pl表示一个时隙能够传输的数据包大小，Wc表示节点v接收到的所有来自于以其为根节点的子树上的节点的数据，Dv表示由节点v在一个数据汇聚周期内生成的感知数据量；当节点v申请的不是本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法，首先，节点随机访问无线信道并采用分布式方法建立各自的时隙分配方案，然后节点根据其时隙分配方案访问无线信道进行数据传输以完成数据汇聚，其特征在于，所述的建立各自的时隙分配方案的步骤如下：步骤一：扩散信号包设定：N1(v)表示节点v的一跳邻居节点集合，N2(v)表示节点v的两跳邻居节点集合，SC表示一组连续时隙的集合，表示节点v用于发送数据的连续时隙集合，表示节点v用于接收数据的连续时隙集合，S(v)表示节点v的时隙分配方案，由与联合组成；节点v根据其ID号设置发送信号包的回退定时器对于节点v而言，其中ts表示信号包传输时间，Vid表示节点ID，当N1(v)中的节点接收到节点v的信号包时，N1(v)中所有节点将放弃自己的信号包；信号包的扩散由计数器C进行控制，当C＝1时，N1(v)中节点将C加1，此时，C＝2，然后将节点v的信号包发送至其一跳邻居，即N2(v)，由于C＝2，N2(v)中的节点将停止发送信号包，至此节点v完成了信号包扩散；步骤二：确定预分配时隙对于节点v需要确定其第一个时隙序号sloti以及本次需要分配的时隙数SCL，sloti＝sloti+Nf，Nf表示节点v执行时隙分配的失败次数；当节点v成功完成时隙分配时，Nf＝0，其中，Pl表示一个时隙能够传输的数据包大小，Wc表示节点v接收到的所有来自于以其为根节点的子树上的节点的数据，Dv表示由节点v在一个数据汇聚周期内生成的感知数据量；当节点v申请的不是其调度方案中的第一个用于发送的时隙集合时，Dv＝0，对于节点v，表示为[sloti,sloti+SCL]；步骤三：申请分配时隙节点v通过请求包将扩散至其邻居节点，节点v随后进入监听模式以接 收回复包，由于在两跳范围内仅有节点v广播了请求包，N1(v)中的所有节点均能够可靠地接收到该请求包；对于N1(v)中的节点，如果其已分配的时隙与请求包携带的预分配时隙中的时隙至少有一个相同，那么其所请求的无法成功分配，这些邻居节点将通过回复包通知节点v；步骤四：更新时隙分配信息节点v发送确认包来通知一跳邻居节点N1(v)，用于表明中的时隙已经被节点v占用，N1(v)中的节点将中的时隙添加至已占用时隙列表中，从而保证了节点间的时隙分配信息是同步更新的，为后续其它节点能够分配到无冲突的时隙提供帮助，对于节点v的父节点，中的时隙将被添加到其接收时隙列表中。...
【技术特征摘要】
1.用于增强网络数据投递可靠性的分布式时隙分配方法，首先，节点随机访问无线信道并采用分布式方法建立各自的时隙分配方案，然后节点根据其时隙分配方案访问无线信道进行数据传输以完成数据汇聚，其特征在于，所述的建立各自的时隙分配方案的步骤如下：步骤一：扩散信号包设定：N1(v)表示节点v的一跳邻居节点集合，N2(v)表示节点v的两跳邻居节点集合，SC表示一组连续时隙的集合，表示节点v用于发送数据的连续时隙集合，表示节点v用于接收数据的连续时隙集合，S(v)表示节点v的时隙分配方案，由与联合组成；节点v根据其ID号设置发送信号包的回退定时器对于节点v而言，其中ts表示信号包传输时间，Vid表示节点ID，当N1(v)中的节点接收到节点v的信号包时，N1(v)中所有节点将放弃自己的信号包；信号包的扩散由计数器C进行控制，当C＝1时，N1(v)中节点将C加1，此时，C＝2，然后将节点v的信号包发送至其一跳邻居，即N2(v)，由于C＝2，N2(v)中的节点将停止发送信号包，至此节点v完成了信号包扩散；步骤二：确定预分配时隙对于节点v需要确定其第一个时隙序号sloti以及本次需要分配的时隙数SCL，sloti＝sloti+Nf，Nf表示节点v执行时隙分配的失败次数；当节点v成功完成时隙分配时，Nf＝0，其中，Pl表示一个时隙能够传输的数据包大小，Wc表示节点v接收到的所有来自于以其为根节点的子树上的节点的数据，Dv表示由节点v在一个数据汇聚周期内生成的感知数据量；当节点v申请的不是其调度方案中的第一个用于发送的...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾波，王辉，孙士保，张各各，李哲青，张治学，李沛谕，李姗姗，王利巧，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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