[发明专利]一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法

说明书

本发明公开了一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法，其先确定排队论模型；然后确定工作周期内中继路由服务的数据包的总数和中继路由服务一个数据包的时间；接着计算排队论模型中的平均到达率、平均服务率和服务强度；再计算排队论模型中的服务台没有顾客可以服务的概率、平均顾客数、顾客有效到达率、顾客的平均逗留时间；最后根据顾客的平均逗留时间、工作周期内中继路由的工作时间以及终端节点初始化时间得到中继路由和终端节点的最佳休眠时间；优点是由排队论模型确定中继路由和终端节点的最佳休眠时间来降低无线传感器网络的能耗，不但比现有的低功耗技术更加简单和稳定，而且能极大地降低中继路由和终端节点的能耗来延长系统的寿命。

技术领域

本发明涉及一种中继路由休眠时间预估技术，尤其是涉及一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法。

背景技术

无线传感器网络具有数据采集、数据处理以及数据传输等方面的功能，目前在医疗、交通、监控、军事等领域应用广泛。但在实际的应用中，无线传感器网络的组成都需要部署大量的传感器节点，且希望无线传感器网络能够有几个月甚至是几年的寿命。通常无线传感器网络中的传感器节点是通过电池对其进行供电的，然而在野外环境和传感器节点多的情况下，实时的对电池进行更换不是一个可行的方法，这时就需要引入低功耗技术来降低无线传感器网络的功耗，从而延长无线传感器网络的寿命。现有的低功耗技术主要有改进介质访问控制层协议、路由路径最优算法、使用超低功耗的硬件、合理部署传感器节点等。由于无线传感器网络的繁杂多样，且上述介绍的几种低功耗技术在实际的应用中都没有确定中继路由节点的最大休眠时间，因此使得中继路由节点没有采取最佳的休眠时间进行休眠，从而未能在极大的程度上降低无线传感器网络的能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法，其在单中继路由的情况下可以准确地预估出中继路由的最大休眠时间，使中继路由可以采取最大休眠时间进行休眠，增强中继路由的低功耗性能，从而在最大程度上降低无线传感器网络的能耗。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于排队论的中继路由休眠时间预估方法，其特征在于包括以下步骤：

①设定无线传感器网络中分布有n个终端节点、一个中继路由及一个协调器，并要求终端节点和中继路由采用ZigBee模块，要求中继路由的容量已知，其中，n≥2；然后根据无线传感器网络的结构、终端节点和中继路由所采用的模块、中继路由的容量，确定排队论模型；

②在无线传感器网络中，要求中继路由和所有终端节点同步工作，并设置中继路由的工作周期为t分钟，假设中继路由的休眠时间为X秒，则在t分钟内中继路由的工作时间为60t-X秒，并假设每个终端节点在t分钟内发送一个数据包，则中继路由在60t-X秒内共服务了n个数据包；

③在无线传感器网络中，任意选取一个终端节点，并仅仅使选取的终端节点、中继路由以及协调器之间能够正常的通信；然后在正常通信后进行实验，在t分钟内选取的终端节点只发送一个数据包的情况下，记录协调器在t分钟内接收到数据包的时间，进行多次实验后计算所记录的所有时间的平均值，并将该平均值作为中继路由服务一个数据包所需的时间，记为T，单位为秒；

⑥在无线传感器网络中，要求每个终端节点采集的数据包在中继路由中的逗留时间要小于中继路由的工作时间，使得W_S≤60t-X；然后转换W_S≤60t-X得到X≤60t-W_S，即预估得到中继路由的最大休眠时间为60t-W_S秒；再设置终端节点初始化时间，将中继路由的最大休眠时间减去终端节点初始化时间得到的差值作为中继路由和终端节点的最佳休眠时间，其中，终端节点初始化时间自行设定。