[发明专利]一种保障无线传感器网络信息实时传输的调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，特别是关于一种保障无线传感器网络信息实时传输的调度方法。

背景技术

随着无线传感器网络的发展，大量的应用领域要求其提供服务质量（QoS）的保障，如低延迟、高可靠性，然而无线传感器节点一般体积较小、靠电池供电、计算能力较弱且内存资源有限，因此在无线传感器网络中提供服务质量的保障具有很大的挑战性。目前很多基于无线传感器网络的新型应用对数据的实时性要求较高，即需要保障数据包在规定的时间内从监测地到达数据处理中心，并由数据处理中心做出相应的反应，而数据包在网络中进行转发所消耗的时间是主要的延迟时间，因此减少数据包在网络中的延迟是提高实时性的有效方式。数据包在网络中的延迟主要分为传播延迟和处理延迟，传播延迟主要由传输介质的物理特性决定，因而减少传播延迟较困难，相比之下，处理延迟则主要由网络中的路由节点决定，因此减少节点的处理延迟是减少数据包延迟可行且有效的方式。

每个（带有路由功能的）传感器节点都有一个接收数据包的缓冲区队列，新到来的数据包在这个队列中等待调度或被丢弃，但是缓冲区队列的容量是有限的，而数据包的到达又具有一定的猝发性，并且由于无线传感器网络的应用都具有一定的目的性，因而不同的数据包就可能具有不同程度的重要性，因此对于传感器节点来说接收哪些数据包、缓冲哪些数据包、丢弃哪些数据包、以及如何进行数据包的（转发）调度是一项重要的任务。由于先到先服务（FCFS）的队列调度方式具有简单、相对公平性的优点，因此是目前大多数无线传感器网络应用的主要队列调度方式。

随着研究的不断发展，很多学者发现先到先服务的队列调度方式已不能满足应用的需求，因此提出了其它类型的队列调度方式，例如：基于优先级的队列调度方式、基于冗余信息的队列调度方式、以及兼顾优先级和公平性的动态优先级调度方式，但是这些队列调度方式在每个优先级的内部都还是采取先到先服务（FCFS）的方式，在监测、追踪等大部分无线传感器网络的应用中，新产生的数据总能代表监测（或追踪）对象的最当前情况，然而最新产生的数据包相对于之前产生的数据包而言，在选取相同的路由时，总是较晚到达转发节点的队列，若采取先到先服务的队列调度方式，则新产生的数据总是在一定程度上被延迟了。另外，当较短时间内有大量的数据包到达传感器节点时，传感器节点的队列很可能会发生拥塞，这时对数据包的选择调度以及选择丢弃就变得尤为重要，目前传感器节点大都采取尾部丢弃方式，也就是说很可能丢弃了最当前的信息，却保留了“历史”信息。因此如果能够彻底改变传感器节点采取的先到先服务队列调度方式和尾部丢弃方式，则可以有效的提高数据包的实时性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种保障无线传感器网络信息实时传输的调度方法，能够有效保障数据包的实时性和区分服务。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种保障无线传感器网络信息实时传输的调度方法，其包括以下步骤：1）根据无线传感器网络应用环境和监测对象特点对传感器节点接收的数据进行优先级划分，即将接收的数据划分为高优先级数据和普通优先级数据；2）根据所述步骤1）划分数据包的优先级，将带有路由功能的无线传感器节点的缓冲区队列划分为高优先级队列Q₁和普通优先级队列Q₂；3）配置L-RQS算法的相应参数并确定各相应参数的初始值；4）根据需要组建无线传感器网络，并进行网络的初始化操作，使各个传感器都正常工作；5）当带有路由功能的传感器节点接收到数据包后，L-RQS中的缓冲区管理算法根据当前队列的状态和数据包的优先级进行相应的缓存操作和丢弃操作；6）L-RQS中的队列调度算法根据高优先级队列所处的状态和LCFS原则选择相应的数据包进行调度，并根据连续转发的高优先级数据包的个数或等待时间设置高优先级队列的状态；7）当完成一次数据包的调度后，调度器根据队列中数据包的个数选择继续执行所述步骤6）或者进入睡眠状态，即当调度器完成一次数据包的调度后，若此时有新的数据包到来，或者队列中有未调度的数据包，则调度器继续按照步骤6）执行调度；若队列中没有数据包等待调度则调度器进入睡眠状态。