[发明专利]一种基于无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法，主要用于解决网络发生拥塞时进行数据传输控制的问题，属于无线网络服务质量技术领域。

背景技术

先前，传感器网络领域主要研究诸如湿度、温度、郁闭度等简单数据的采集、传输和处理。随着物联网时代的到来，人们迫切需要传感器网络能够提供视频、图像等多媒体信息的服务，由此无线多媒体传感器网络应运而生。无线多媒体传感器网络可以实现更为全面、精确的环境监控，因此在日常生活、军事、林业、生物医疗等广泛领域都有很大需求。

无线多媒体传感器网络通常面向多种应用，有些应用可能要求及时发送数据包。例如，当一个目标进入传感区域，传感节点会周期性采集数据发往基站，及时报告感知事件可能是很重要的。如果感知数据没有在接收期限之内到达，则业务的端对端时延要求不被满足，而视为无效。根据实时应用的要求，低延时传输有时可能比可靠传输更重要，因此，当无线多媒体传感器网络发生短暂拥堵时，系统必须为其提供有保证的服务质量。无线多媒体传感器网络发生短暂拥堵的原因：一种是当下游邻居节点争抢转发节点时可能出现的链路冲突，另一种则是上游节点需转发数据过多而出现的缓冲区溢出。

拥塞控制技术是传输控制协议中最基本、最核心的部分。一个时常出现严重拥塞且无法及时加以恢复的网络是不可能实现良好服务质量保证的，拥塞控制本质上是一个如何分享资源的问题。这些资源包括节点处理能力、缓存空间和通信链路带宽。这三者中的任何一个都可能成为潜在的瓶颈，从而导致网络拥塞。目前研究表明，传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求，传感器节点处理能力低、缓存空间小、传感器网络的无线链路质量差、带宽小以及数据流汇聚的通信方式等特点直接导致了其它网络体系中的既有协议不适用。针对这一状况已有不少基于拥塞控制的无线传感器网络数据采集机制被提出来，但它们对于无线多媒体传感器网络并不完全适用，因此需要一种考虑到无线多媒体传感器网络新特点的拥塞控制方法被提出。

发明内容

技术问题：传感器网络的数据汇聚可能引发或轻或重的拥塞(见图1)，从而造成系统吞吐量和服务质量的大幅下降，针对这一状况已有不少基于拥塞控制的无线传感器网络数据采集机制被提出来，但它们对于无线多媒体传感器网络并不完全适用，考虑到无线多媒体传感器网络能产生多种应用流量，如标量数据、图像、语音和视频等，且不同应用流量的重要性往往也是不同的，因此，很有必要提出一种基于无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法来解决其拥塞问题。

技术方案：本发明的拥塞控制方法是一种基于动态优先级的速率调节机制，它依据应用流量的重要度周期性地调整(限制)各个节点的源速率，以此来应对拥塞问题，本质是牺牲普通应用来保证关键应用的QoS，此外在拥塞严重时，通过降低远离基站节点的应用流量优先级，避免系统吞吐量和效率受到严重影响。为了控制拥塞，可以减小数据采集率或者增大传输率，虽然调整MAC协议可以增大传输率，但相比之下，减小采集率要方便得多，如减少采样率即可降低采集率。本发明方法通过调节网络中不同流量的采样速率来进行拥塞控制，方案包含以下操作程序：

1)、设定系统的速率调节时间间隔，设定不同流量的应用优先级；

2)、检测拥塞状况；

3)、计算节点本地优先级；

4)、计算转发节点的流入优先级；

5)、计算节点全局优先级；

6)、测量数据包调度间隙；

7)、测量数据包的平均服务时间；

8)、计算基站节点的最大接收带宽；

9)、推算基站节点的子节点最大数据传输率。

10)、计算基站节点的数据接收速率与注入速率之差。

11)、调整基站节点的各个子节点i的注入(采样)速率。

12)、依此类推，调整基站子节点下面的各层子节点的采样速率。

基于无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法使用基于动态优先级的速率调节机制，对不同应用的重要度加以区分，将拥塞的影响尽可能限制在普通的应用范围内，保护高优先级应用的QoS，实现多媒体传感器网络的高效性，具体方法如下：

步骤1：在网络初始化阶段，设定系统的速率调节时间间隔，并为不同流量设定对应的应用优先级，设三种流量类型为：URG表示关键应用，QUI表示重要应用，NOR表示普通应用；则优先级AP(URG)，AP(QUI)和AP(NOR)需要满足AP(URG)＞AP(QUI)＞AP(NOR)，三者具体数值由用户根据实际情况进行设置，