一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于數(shù)據(jù)傳輸控制技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法，所述控制方法包括以下步驟：A、判斷時(shí)間指數(shù)是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙；B、判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)；C、判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)；D、判斷時(shí)間指數(shù)是否可以被整除迭代次數(shù)；E、在本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法；F、對(duì)時(shí)間分配指數(shù)及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)進(jìn)行遞增調(diào)整。本發(fā)明所提出的算法收斂性好，在改善網(wǎng)絡(luò)效能和提高數(shù)據(jù)流速率和降低傳輸功耗方面，均優(yōu)于其它現(xiàn)有的方法。該算法提高了單收發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效能，有效地節(jié)省了傳輸功率，從而減輕和避免無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞。
【專利說明】
-種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)傳輸控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方 法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的資源的稀少性(例如，帶寬和電力供應(yīng)），所W傳感器數(shù) 據(jù)流的有效傳播是非常重要的。傳輸帶寬在網(wǎng)絡(luò)中是及其有限的資源，因此開發(fā)一種自優(yōu) 化技術(shù)，能夠按照底層的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路容量調(diào)整傳感器源的數(shù)據(jù)流速率，W避免網(wǎng) 絡(luò)擁塞W及網(wǎng)絡(luò)效能最大化。在有線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)效能最大化（Network Utility Maximization, NUM)框架已得到廣泛應(yīng)用，通過優(yōu)化分配數(shù)據(jù)流速率來解決網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。 最近，NUM已經(jīng)被擴(kuò)展到無線網(wǎng)絡(luò)，其中的群體效能和網(wǎng)絡(luò)擁塞程度不僅取決于流量，還取 決于每個(gè)參與轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)的傳輸功率，運(yùn)定義了每條鏈路的傳輸容量。因此，在無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中的擁塞控制問題成為一個(gè)聯(lián)合優(yōu)化問題，包含數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率的優(yōu)化。例如， 文南犬"Balancing transport and physical Layers in wireless multi-hop networks： jointly optimal congestion control and power control,"IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.23，no. I，pp.104-116，2005.和文南犬"Mission- Based Joint Adaptation of Data Rates and Transmission Power for Multicast Wireless Sensor 化tworks/'Proc.of ACITA 2008，Septembe;r 16-18，London，UK.分別研 究了單播和多播情況下的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率分配的問題。但它沒有考慮發(fā)送時(shí)間 分配問題，控制網(wǎng)絡(luò)擁塞效果不理想。文獻(xiàn)"Utility-basedAdaptationinMission- Oriented Wireless Sensor Networks/'Proceedings of IE邸 SECON'pp.278-286,2008. 介紹了多播傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間的分時(shí)概念，但它沒有考慮通過傳輸功率的自適應(yīng) 控制解決擁塞問題。
[0003] 在有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效用最大化框架下，為了避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，網(wǎng)絡(luò)效能在W下約束 條件下進(jìn)行優(yōu)化：
（1 )，運(yùn)里x(i，j)代表節(jié)點(diǎn)巧Ij節(jié)點(diǎn)j之間鏈路的 總的傳輸數(shù)據(jù)率，CQ，j)代表鏈路Q，j)的容量。約束（1)表示一個(gè)鏈接所承載的聚合流量 不能超過該鏈路的容量，目的是避免該鏈路的擁塞。由于約束（1)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中每一條鏈 路，因此它可W被認(rèn)為是單鏈路約束。單鏈路約束已作為標(biāo)準(zhǔn)用于有線網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制，例 女日，文南犬"Charging and rate control for elastic traffic,European Transactions on Telecommunications"，vol.8,1997,pp. 33-37和文南犬"Optimization flow control . I . Basic algorithm and convergence，"lEEE/ACM transactions on networking，vol .7，no.6,pp.861-874,1999D近年來，被應(yīng)用到無線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制中，例如， 文南犬"Balancing transport and physical Layers in wireless multi-hop networks： jointly optimal congestion control and power control，"IEEE Journal on Selected Areas in Communications，Vol.23，no. I，pp.104-116,2005。
[0004] 然而，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)傳感器只配備一個(gè)無線收發(fā)器，因此，約束（I) 不再是避免擁塞的充分條件，原因如下:在一個(gè)單收發(fā)器傳感器節(jié)點(diǎn)的空中接口，通過運(yùn)個(gè) 節(jié)點(diǎn)的多個(gè)數(shù)據(jù)流，會(huì)被一個(gè)接一個(gè)地路由指向到不同的下一跳。即使兩個(gè)數(shù)據(jù)流被指向 同一個(gè)下一跳，它們的數(shù)據(jù)包也需要一個(gè)接一個(gè)地處理。因此，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙 是由該節(jié)點(diǎn)上轉(zhuǎn)發(fā)的所有的數(shù)據(jù)流共享的，運(yùn)意味著每一個(gè)數(shù)據(jù)流只得到一部分該節(jié)點(diǎn)的 發(fā)送時(shí)隙，而不是全部。運(yùn)表明，系統(tǒng)對(duì)于單個(gè)數(shù)據(jù)流的有效容量不僅取決于鏈路質(zhì)量(例 如，鏈路的信干噪比），也受限于轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)分配給該數(shù)據(jù)流的發(fā)送時(shí)間。但是，如果沒有指定 鏈路Q，j)從節(jié)點(diǎn)i得到的發(fā)送時(shí)間的比例，約束（1)會(huì)假設(shè)鏈路Q，j)占用節(jié)點(diǎn)i全部的發(fā) 送時(shí)間，即便節(jié)點(diǎn)i服務(wù)于多條鏈路。因?yàn)檫\(yùn)個(gè)原因，約束（1)不適用于發(fā)送時(shí)間共享的情 況。盡管發(fā)送時(shí)間共享是單收發(fā)傳感器網(wǎng)絡(luò)普遍的事實(shí)，但很少用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞 控制，因?yàn)楝F(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)都只使用約束條件（1)。除了 W上實(shí)踐上的考慮之外，根 據(jù)實(shí)時(shí)的流量和鏈路質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)流的發(fā)送時(shí)間進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，對(duì)于緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞作用明 顯。接下來，將通過圖1和圖2說明節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間配置的優(yōu)勢(shì)。
[0005] 在圖1和圖2中，節(jié)點(diǎn)1為數(shù)據(jù)流1和數(shù)據(jù)流2提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，Tf表示節(jié)點(diǎn)1分配給數(shù) 據(jù)流f的發(fā)送時(shí)間的比例。在W上兩種情況下，有Tl巧2=1。如果鏈路承載的數(shù)據(jù)流率超過鏈 路的容量，就可W認(rèn)為該鏈路擁塞。
[0006] 在圖1中，設(shè)定節(jié)點(diǎn)1分別給鏈路（1，2)和鏈路（1，3)平均分配發(fā)送時(shí)隙，鏈路(1，2) 和鏈路（1，3)的有效容量分別是5Mps和IOMps。由于鏈路（1，2)承載的數(shù)據(jù)流速率為X( 1，2) =7.5Mps，大于鏈路（1，2)的有效容量Ce( 1，2) = 5Mps，因此鏈路（1，2)擁塞。節(jié)點(diǎn)1服務(wù)的另 外一條鏈路（1，3)承載的數(shù)據(jù)流速率為X (1，3) = 5Mps，遠(yuǎn)小于鏈路（1，3)的有效容量Ce (1， 3) = 10Mps。在傳統(tǒng)的擁塞控制算法中只考慮流量控制和功率控制運(yùn)兩種手段，為了解決鏈 路（1，2)擁塞問題，只能降低數(shù)據(jù)流1的數(shù)據(jù)流速率或者提高節(jié)點(diǎn)1的傳輸功率，造成整個(gè)網(wǎng) 絡(luò)效能的下降。然而，如果發(fā)送時(shí)間的比例也可調(diào)整，在不改變數(shù)據(jù)率和傳輸功率的情況 下，擁塞問題可W很容易地得到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法，旨在解決無線傳感 器網(wǎng)路擁塞的技術(shù)問題。
[0008] 本發(fā)明是運(yùn)樣實(shí)現(xiàn)的，一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法，所述控制方法包括 W下步驟：
[0009] A、判斷時(shí)間指數(shù)t是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙T，如是，則執(zhí)行步驟B，如否，則結(jié)束本 次控制檢測(cè)；
[0010] B、判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如是，對(duì)數(shù)據(jù)流(X，P)速率Xf(t+1)進(jìn)行調(diào)整并 執(zhí)行步驟C，如否，則直接執(zhí)行步驟C;
[0011] C、判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如是，則對(duì)傳輸功率Pn(t+1)及容量Cn,f(t+1)進(jìn)行 調(diào)整并執(zhí)行步驟D;如否，則直接執(zhí)行步驟D;
[0012] D、判斷時(shí)間指數(shù)t是否可W被整除迭代次數(shù)M，如是，則執(zhí)行步驟E，如否，則執(zhí)行步 驟F;
[0013] E、在本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法，其公式：
[0014]
[001引 F、對(duì)時(shí)間分配指數(shù)T = T + 1及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)t = t+l進(jìn)行遞增調(diào)整；
[0016] 其中，t是時(shí)間指數(shù)，T是發(fā)送時(shí)隙，（X，P)是數(shù)據(jù)流，Xf(t+1)是速率，Pn(t+1)是傳輸 功率，Cn,f(t+l)是容量，M是迭代次數(shù)，T是時(shí)間分配指數(shù)，an,f是節(jié)點(diǎn)n用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā) 送時(shí)間比例，rin,f是數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)n的最大可用容量Cn,f的飽和程度，即數(shù)據(jù)流f在節(jié)點(diǎn) n的飽和因子，n為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流索引，a和Tl是決策變量，C是固定步長，e屬于節(jié)點(diǎn)n發(fā) 送的數(shù)據(jù)流集合Fn中任意一個(gè)元素。
[0017] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述步驟E中每執(zhí)行M次數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率的迭 代之后才執(zhí)行1次發(fā)送時(shí)隙比例的調(diào)整。
[0018] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述步驟E中使用時(shí)間分配指數(shù)T來標(biāo)識(shí)發(fā)送時(shí)間調(diào) 整的執(zhí)行次數(shù)是否相對(duì)少于數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)加快函數(shù)的收斂。
[0019] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述步驟E中只需要局部信息與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流 速率和鏈路容量作為調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間分配依據(jù)。
[0020] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述步驟E中的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法只要 數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率能夠得到正確的調(diào)整，可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功 率分配方法集成在一起。
[0021] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述步驟E中算法函數(shù)具有收斂性。
[0022] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng) 包括：
[0023] 第一判斷模塊，用于判斷時(shí)間指數(shù)t是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙T，如是，則執(zhí)行第二 判斷模塊，如否，則結(jié)束本次控制檢測(cè)；
[0024] 第二判斷模塊，用于判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如是，對(duì)數(shù)據(jù)流(X，P)速率Xf (t+1)進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行第=判斷模塊，如否，則直接執(zhí)行第=判斷模塊；
[0025] 第S判斷模塊，用于判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如是，則對(duì)傳輸功率Pn(t+1)及 容量Cn,f(t+1)進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行第四判斷模塊;如否，則直接執(zhí)行第四判斷模塊；
[0026] 第四判斷模塊，用于判斷時(shí)間指數(shù)t是否可W被整除迭代次數(shù)M，如是，則執(zhí)行步驟 E，如否，則執(zhí)行步驟F;
[0027] 宵決壇巧趙比.田豐#太巧占化巧白巧獻(xiàn)貨說時(shí)巧麗宵決，其公式；
[002引
[0029] 指數(shù)調(diào)整模塊，用于對(duì)時(shí)間分配指數(shù)T = T+1及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)t = t+l進(jìn)行遞增調(diào) 整；
[0030] 其中，t是時(shí)間指數(shù)，T是發(fā)送時(shí)隙，（X，P)是數(shù)據(jù)流，Xf(t+1)是速率，Pn(t+1)是傳輸 功率，Cn,f(t+l)是容量，M是迭代次數(shù)，T是時(shí)間分配指數(shù)，an,f是節(jié)點(diǎn)n用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā) 送時(shí)間比例，rin,f是數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)n的最大可用容量Cn,f的飽和程度，即數(shù)據(jù)流f在節(jié)點(diǎn) n的飽和因子，n為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流索引，a和Tl是決策變量，C是固定步長，e屬于節(jié)點(diǎn)n發(fā) 送的數(shù)據(jù)流集合Fn中任意一個(gè)元素。
[0031] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述算法運(yùn)行模塊中每執(zhí)行M次數(shù)據(jù)流速率和傳輸 功率的迭代之后才執(zhí)行1次發(fā)送時(shí)隙比例的調(diào)整。
[0032] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述算法運(yùn)行模塊中使用時(shí)間分配指數(shù)T來標(biāo)識(shí)發(fā) 送時(shí)間調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)是否相對(duì)少于數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)加快函數(shù)的 收斂。
[0033] 本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述算法運(yùn)行模塊中只需要局部信息與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的 數(shù)據(jù)流速率和鏈路容量作為調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間分配依據(jù)；
[0034] 所述算法運(yùn)行模塊中的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法只要數(shù)據(jù)流速率和傳輸功 率能夠得到正確的調(diào)整，可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率分配方法集成在一 起；
[0035] 所述算法運(yùn)行模塊中算法函數(shù)式具有收斂性。
[0036] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所提出的算法收斂性好，在改善網(wǎng)絡(luò)效能和提高數(shù) 據(jù)流速率和降低傳輸功耗方面，均優(yōu)于其它現(xiàn)有的方法。該算法提高了單收發(fā)無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效能，有效地節(jié)省了傳輸功率，從而減輕和避免無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞。
【附圖說明】
[0037] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中平均分配發(fā)送時(shí)間示意圖。
[0038] 圖2是自適應(yīng)分配發(fā)送時(shí)間示意圖。
[0039] 圖3是是AAS算法的流程圖。
[0040] 圖4是單播發(fā)送圖。
[0041] 圖5是網(wǎng)絡(luò)效能圖。
[0042] 圖6是數(shù)據(jù)流速率圖。
[0043] 圖7是采用TCC方案網(wǎng)絡(luò)仿真快照?qǐng)D。
[0044] 圖8是采用ACC方案網(wǎng)絡(luò)仿真快照?qǐng)D。
[0045] 圖9是組播發(fā)送圖。
[0046] 圖10是網(wǎng)絡(luò)效能比較圖。
[0047] 圖11是數(shù)據(jù)流速率收斂比較圖。
[004引圖12是傳輸功率收斂比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 圖3示出了本發(fā)明提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法的流程圖，其詳述如下：
[0050] 所述控制方法包括W下步驟：
[0051] A、判斷時(shí)間指數(shù)t是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙T，如是，則執(zhí)行步驟B，如否，則結(jié)束本 次控制檢測(cè)；
[0052] B、判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如是，對(duì)數(shù)據(jù)流(X，P)速率Xf(t+1)進(jìn)行調(diào)整并 執(zhí)行步驟C，如否，則直接執(zhí)行步驟C;
[0053] C、判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如是，則對(duì)傳輸功率Pn(t+1)及容量Cn,f(t+1)進(jìn)行 調(diào)整并執(zhí)行步驟D;如否，則直接執(zhí)行步驟D;
[0054] D、判斷時(shí)間指數(shù)t是否可W被整除迭代次數(shù)M，如是，則執(zhí)行步驟E，如否，則執(zhí)行步 驟F;
[0055] E、在本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法，其公式：
[0化6]
[0057] F、對(duì)時(shí)間分配指數(shù)T = T+1及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)t = t+l進(jìn)行遞增調(diào)整；
[005引其中，t是時(shí)間指數(shù)，T是發(fā)送時(shí)隙，（X，P)是數(shù)據(jù)流，Xf(t+1)是速率，Pn(t+1)是傳輸 功率，Cn,f(t+1)是容量，M是迭代次數(shù)，T是時(shí)間分配指數(shù)，an,f是節(jié)點(diǎn)n用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā) 送時(shí)間比例，rin,f是數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)n的最大可用容量Cn,f的飽和程度，即數(shù)據(jù)流f在節(jié)點(diǎn) n的飽和因子，n為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流索引，a和n是決策變量，C是固定步長，e屬于節(jié)點(diǎn)n發(fā) 送的數(shù)據(jù)流集合Fn中任意一個(gè)元素。
[0059] 所述步驟E中每執(zhí)行M次數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率的迭代之后才執(zhí)行1次發(fā)送時(shí)隙比 例的調(diào)整。
[0060] 所述步驟E中使用時(shí)間分配指數(shù)T來標(biāo)識(shí)發(fā)送時(shí)間調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)是否相對(duì)少于 數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)加快函數(shù)的收斂。
[0061] 所述步驟E中只需要局部信息與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流速率和鏈路容量作為調(diào)整節(jié)點(diǎn) 發(fā)送時(shí)間分配依據(jù)。
[0062] 所述步驟E中的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法只要數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率能夠得 到正確的調(diào)整，可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率分配方法集成在一起。
[0063] 所述步驟E中算法函數(shù)具有收斂性。
[0064] 為了明確地描述到單節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙共享的特點(diǎn)，本發(fā)明對(duì)建立的擁塞控制問題 做W下說明：
[0065] (1)傳輸符號(hào)
[0066] 在本發(fā)明中，每次發(fā)送需要由兩個(gè)索引確定(n，f)，運(yùn)里n為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流 索引。(n，f)表示由節(jié)點(diǎn)n開始發(fā)送到下一跳節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流f。例如，在圖1中，節(jié)點(diǎn)1有兩個(gè)發(fā) 送數(shù)據(jù)流(1，2)和(1，3)，分別用實(shí)線和虛線表示。
[0067] (2)發(fā)送時(shí)間共享
[0068] 在本發(fā)明中，引入發(fā)送時(shí)隙Qnf表示節(jié)點(diǎn)n用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā)送時(shí)間比例。在本 發(fā)明建立的擁塞控制框架中，發(fā)送時(shí)間比例Qn,f成為除數(shù)據(jù)率和發(fā)射功率之外的第=個(gè)決 策變量。發(fā)送時(shí)間共享的約束條件要求必須保證對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)有：
癢中Fn是 節(jié)點(diǎn)n發(fā)送的數(shù)據(jù)流的集合。此外，數(shù)據(jù)流f從節(jié)點(diǎn)n獲得的有效容量，最終決定了流量的數(shù) 據(jù)率沿，數(shù)據(jù)率Xf與發(fā)送時(shí)隙比例an, f成正比。
[0069] (3)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度程序
[0070] 由于設(shè)定每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)只具備單收發(fā)器，因此在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中只有獨(dú)立的 鏈路可W激活。對(duì)于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)n來說，必然存在一個(gè)節(jié)點(diǎn)集合(例如，節(jié)點(diǎn)n的相鄰的節(jié) 點(diǎn)）在節(jié)點(diǎn)n的發(fā)送隊(duì)列槽中處于非激活狀態(tài)。在本發(fā)明中，假設(shè)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度計(jì)劃周期 性地分配那些擁有不同發(fā)送時(shí)間而不能同時(shí)傳輸?shù)哪康墓?jié)點(diǎn)。使用An來表示網(wǎng)絡(luò)調(diào)度計(jì)劃 分配的在時(shí)間n需要傳送到的目的節(jié)點(diǎn)的集合。
[0071] 經(jīng)過W上修改，網(wǎng)絡(luò)擁塞控制問題成為關(guān)于數(shù)據(jù)流速率(X)、傳輸功率(P) W及發(fā)
[0072] ( 2 ) 送時(shí)間比例(a)網(wǎng)絡(luò)效能最大化問題。
[0073]
[0074] ( 4 )
[0075]
[0076] 運(yùn)里化(Xf)是數(shù)據(jù)流f的產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)效能，是一個(gè)凹函數(shù)。數(shù)據(jù)流速率Xf和gn(Pn)是 節(jié)點(diǎn)n傳輸功率Pn的凸補(bǔ)償函數(shù)。W是數(shù)據(jù)帶寬，R(n，f)表示一次發(fā)送數(shù)據(jù)流(n，f)的接收 端，GR(n,f),n表示節(jié)點(diǎn)ri至暇收端R(n，f)的信道傳播增益，NR(n,f)表示在接收器R(n，f)上的加 性高斯噪聲，公式(3)和(4)表示本發(fā)明提出新的單個(gè)節(jié)點(diǎn)容量約束條件，適用于無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。需要注意的是，公式(3)保證一個(gè)數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)速率受限于其通過的 有效鏈路容量，該鏈路(n，f)的有效容量等于該鏈路分配到的發(fā)送時(shí)間比例與香農(nóng)容量Cn,f 的乘積。
[0077] 通過公式(2)建立了聯(lián)合優(yōu)化問題，下面需要證明該優(yōu)化問題是凹性的。本發(fā)明將 在高信噪比條件下探討公式(2)的凹性。
[0078] 公式(2)的拉格朗日方程如下：
[0079]
[0080] 運(yùn)里在An,f和iin分別代表約束與公式(3)和(4)相關(guān)的拉格朗日乘子?？蒞將公式 (5)分解為成兩個(gè)獨(dú)立的子問題。具體而言，第一部分被稱為數(shù)據(jù)流速率子問題，它僅僅調(diào) 整數(shù)據(jù)流巧率X，并日認(rèn)為P巧a是常敬：
[0081]
( 6 )
[0082] 公式(5)其余部分的形成發(fā)送時(shí)間和功率子問題，調(diào)整發(fā)送時(shí)間比例和傳輸功率， 因而容量可調(diào)。
[0083]
[0084] 值得注意的是，關(guān)于數(shù)據(jù)流速率的子問題是一個(gè)傳統(tǒng)的擁塞控制問題，并已被很 多現(xiàn)有的研究證明為關(guān)于X的凹性函數(shù)。下面，本發(fā)明將會(huì)利用定理1證明發(fā)送時(shí)間和功率 子問題也是凹性的。在定理I中，引入對(duì)數(shù)功率的概念P' =Iog(P)D
[0085] 定理1:在干擾受限和高信噪比的情況下，發(fā)送時(shí)間和功率子問題是關(guān)于P和a的凹 性函數(shù)。
[0086] 證明：公式(7)包含W下S個(gè)函數(shù)Si、S2和S3:
[0087]
[0088] 只需證明Si是關(guān)于P和a凹函數(shù)，因?yàn)楹瘮?shù)S2和S3都是凹性的。在函數(shù)Si中，P和a運(yùn) 兩個(gè)決策變量是禪合的，即：函數(shù)項(xiàng)Qn, f與函數(shù)項(xiàng)Cn, f相乘，其中Cn, f是變量P的函數(shù)。為了證 明禪合函數(shù)Sl的凹性，首先需要證明Cn, f (P )是P '的凹函數(shù)。然后，證明函數(shù)Sl是Cn, f (P )經(jīng)過 一系列運(yùn)算變換得到的結(jié)果，根據(jù)文獻(xiàn)[6]，凹函數(shù)經(jīng)過W下兩種運(yùn)算變換之后仍然保持了 原有的凹性。
[0089] 命題1:凹函數(shù)與正常量的乘積是凹函數(shù)
[0090] 命題2:凹函數(shù)的相對(duì)賭是凹函數(shù)
[0091] 首先，推導(dǎo)出關(guān)于P'的函數(shù)Cn,f(P)的海森矩陣的一些重要性質(zhì)?？蒞發(fā)現(xiàn)，在高信 噪比的條件下，海森矩陣的第n行第n列全為零。
[0092] 出（n，m)=出（m，n)=0, V巡' (9)
[0093] 在其他的行列，當(dāng)n聲m時(shí)，對(duì)角線上的元素為：
[0094] (10) (11 )
[0095]
[0096] 對(duì)于任何k聲m，k聲n，非對(duì)角線上的元素為：
[0097]
[009引觀察公式（10)和公式（11)可W發(fā)現(xiàn)：當(dāng)k聲m，k聲n時(shí)，函數(shù)Cn,f (P)的海森矩陣的具 有W下重要性質(zhì)：
[0099] 也(m，m)<0 且也(m，k)>0，
[0103] 將公式(9)和(10)代入公式(13)中得到：
[0100] (12)
[0101] :海森矩陣是一個(gè)負(fù)定矩陣，因?yàn)椋?br>[0102] (。）
[0104]
(14)
[0105] 公式（14)表明，對(duì)于所有(n，f)，函數(shù)Cn,f(P)是關(guān)于P'的凹函數(shù)。
[0106] 根據(jù)命題1入,祀。,腫)仍然是一個(gè)關(guān)于？'的凹函數(shù)。定義一個(gè)新函數(shù):?；?入。， fCn,f(P)，函數(shù)fo的相對(duì)賭如下：
[0107]
(15)
[0108] 根據(jù)命題2,它仍然是一個(gè)關(guān)于(P'，a)凹函數(shù)。設(shè)所有an,f的和為1，推導(dǎo)公式（15) 得到：
[0109]
(16)
[0110] 從公式（16)可W看出，如果噪聲項(xiàng)NR(n,f),n是相對(duì)于干擾項(xiàng)可W被忽略的，那么分 母中的Qn,f和分子項(xiàng)均可W消除，因此，公式(16)等于：
[0111]
。7)
[0112] 因此，在干擾受限和高信噪比的情況下，Si是一個(gè)關(guān)于(P'，a)的凹函數(shù)，因而可W 證得功率和發(fā)送時(shí)間子問題是空間（P'，a)下的凹函數(shù)。給定P=l〇g(P'）是P的一個(gè)單調(diào)遞 增函數(shù)，即P中的每一個(gè)點(diǎn)映射到P'一個(gè)唯一的點(diǎn)。由于公式(2)具有關(guān)于(X，P，a)的凹性， 所W在空間(X，P，a)開發(fā)迭代算法優(yōu)化擁塞控制問題是可行的。
[0113] 為了解決在數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率的調(diào)整已知的情況下，分布式地調(diào)整發(fā)送時(shí)間 的比例，需要得到發(fā)送時(shí)間隙比例的最優(yōu)性條件。對(duì)公式(5)中的L關(guān)于A和y求導(dǎo)。為了得到 公式(5)的最優(yōu)解，必須滿足W下條件：
且
(18)
[0114] 胳Pi h兩個(gè)條件合并，記.的最優(yōu)解應(yīng)該滿足：
[0115]
( 19 )
[0116] 然后，定義一個(gè)新的變量rin,f = Xf/Cn,f，表示數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)n的最大可用容量 Cn,f的飽和程度。rin,f=l表示數(shù)據(jù)流f需要占用節(jié)點(diǎn)n的全部發(fā)送時(shí)間。因此，把Tin,f稱為數(shù)據(jù) 流f在節(jié)點(diǎn)n的飽和因子。公式（19)說明，節(jié)點(diǎn)分配給數(shù)據(jù)流的時(shí)間比例與該數(shù)據(jù)流的飽和 因子大小成正比，即：
[0117]
(20)
[0118] 在圖I和圖2的例子中，圖2分別分配給數(shù)據(jù)流I和數(shù)據(jù)流2發(fā)送時(shí)間Ti = O.75和Tl = 0.25滿足優(yōu)化條件，而圖1平均分配發(fā)送時(shí)間無法滿足公式(20)。根據(jù)公式(20)提出的最優(yōu) 條件，本發(fā)明提出了 W下節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法(the adaptive abtime sharing algorithm, W下簡稱AAS):
[0119]
( 21 )
[0120] 運(yùn)里C是固定步長。關(guān)于a的子問題的凹性保證了 AAS算法的收斂性。需要注意的 是，公式(21)中沒有采用標(biāo)準(zhǔn)的基于梯度的方法來解決中的發(fā)送時(shí)間自適應(yīng)分配問題。運(yùn) 是因?yàn)槿绻褂没谔荻鹊姆椒?，兩個(gè)額外的決策變量，即a和y，需要添加到擁塞控制框架 中。相比之下，AAS算法不需要調(diào)整ii，只需要局部信息，即與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流速率和鏈路 容量，作為調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間分配的依據(jù)。此外，只要數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率能夠得到正確 的調(diào)整，AAS算法可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率分配方法集成在一起。因 此，公式(21)提供了一種通用的自適應(yīng)地分配發(fā)送時(shí)間比例方法，適用于任何數(shù)據(jù)流速率X 和傳輸功率P開放調(diào)整的情況。圖3給出了使用AAS算法進(jìn)行擁塞控制的示意圖，并利用開放 更新的方法調(diào)整數(shù)據(jù)流速率X和傳輸功率P。需要注意的是，圖3在AAS的子程序中使用時(shí)間 指數(shù)T來標(biāo)識(shí)，發(fā)送時(shí)間調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)是否相對(duì)少于數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行 次數(shù)，用W加快聯(lián)合優(yōu)化的快速收斂。運(yùn)是因?yàn)楫?dāng)X和P收斂到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)的時(shí)候，飽 和因子n可能還仍然無法準(zhǔn)確表示該數(shù)據(jù)流的飽和度。所W，公式(21)中每運(yùn)行1次X和P的 迭代可能會(huì)延遲(X，P，a)的聯(lián)合收斂?；赪上原因，在算法仿真中，每執(zhí)行M次X和P的迭代 之后才執(zhí)行1次發(fā)送時(shí)隙比例的調(diào)整。當(dāng)滿足時(shí)AAS算法收斂。
[0121] 在對(duì)提出的AAS算法的性能在單播和多播環(huán)境下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M評(píng)估。具體通過 圖4和圖9說明。實(shí)驗(yàn)中無線鏈路傳播損耗的衰減因子取值為4。傳輸功率代價(jià)定義為
取數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率(X，P)每進(jìn)行100次迭代，發(fā)送時(shí)隙比例的調(diào)整1 次，即M=IOOd
[0122] 單播發(fā)送網(wǎng)絡(luò)模擬示意圖如圖4所示。5個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)傳感器節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1至節(jié)點(diǎn)5)按照?qǐng)D 4中周期性的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度計(jì)劃被分配到=個(gè)連續(xù)的發(fā)送時(shí)隙。如何找到一個(gè)給定的多跳網(wǎng)絡(luò) 的最佳網(wǎng)絡(luò)調(diào)度計(jì)劃是一個(gè)非確定性多項(xiàng)式難題，運(yùn)超出了本發(fā)明的范圍之外。本發(fā)明中 使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)度計(jì)劃主要目的僅僅是為了區(qū)分不同傳輸時(shí)隙中非并發(fā)節(jié)點(diǎn)。
[0123] 在圖5和圖6中，使用網(wǎng)絡(luò)效能和數(shù)據(jù)流速率變化作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，比較了本發(fā)明中 采用AAS算法的擁塞控制（AAS congestion control，W下簡稱ACC)和傳統(tǒng)的擁塞控制 (traditional congestion control，W下簡稱TCC)的性能。值得注意的是，ACC在大約1000 次迭代后快速收斂，運(yùn)比TCC的收斂速度稍慢，如圖5和圖6所示。運(yùn)表明，由于ACC的AAS算法 增加了局部計(jì)算的復(fù)雜度。然而更重要的是，在圖5中，ACC能達(dá)到一個(gè)更好的收斂點(diǎn)，具有 更好的網(wǎng)絡(luò)性能，網(wǎng)絡(luò)效能達(dá)到(-0.91)，好于TCC的網(wǎng)絡(luò)效能(-1.43)。在數(shù)據(jù)流速率分配 方面，相比TCC，ACC可收斂到相對(duì)較大的平均流速，如圖6所示。
[0124] 為了說明數(shù)據(jù)流速率提高的根本原因，在t = 3000時(shí)ACC和TCC的網(wǎng)絡(luò)仿真快照如 圖7和圖8所示。圖中只包含了節(jié)點(diǎn)4,運(yùn)是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)4是運(yùn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)中唯一的出現(xiàn)發(fā)送時(shí)間分 配的節(jié)點(diǎn)。在圖7中，TCC方案在整個(gè)迭代過程中保持04,1 = 04,2 = 0.5不變，因此，節(jié)點(diǎn)4分配 給數(shù)據(jù)流2的有效容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于過數(shù)據(jù)流2的速率，即04,扭,1 = 3.45大于X2 = 2.19。同時(shí)，經(jīng) 由節(jié)點(diǎn)4發(fā)送的數(shù)據(jù)流1，正在節(jié)點(diǎn)1經(jīng)歷一個(gè)瓶頸效應(yīng)，因?yàn)樽鳛閿?shù)據(jù)流1的速率接近其分 配的有效容量，有Xi = a4,iC4,i。相比之下，ACC方案通過自適應(yīng)地調(diào)整日4,1和日4,2,節(jié)點(diǎn)4分配 在數(shù)據(jù)流1和數(shù)據(jù)流2之間分配帶寬更有效，在圖8中對(duì)于兩個(gè)數(shù)據(jù)流沒有"浪費(fèi)"的容量，所 W能夠提高數(shù)據(jù)流速率Xi和拉。
[0125] 如何對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)流進(jìn)行時(shí)間分配是所有單收發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面臨的普遍問 題，本發(fā)明還將ACC方案應(yīng)用到圖9所示的單一拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多播無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。在圖9 中，發(fā)送傳感器節(jié)點(diǎn)1-6由網(wǎng)絡(luò)調(diào)度計(jì)劃分配到3個(gè)不同的傳輸時(shí)隙中。類似于單播的情況， 本發(fā)明比較了采用AAS算法的擁塞控制方案(ACC)與傳統(tǒng)擁塞控制方案(TCC)的網(wǎng)絡(luò)效能， 數(shù)據(jù)流速率和功率的收斂性。從圖10可W看出，ACC方案在多播的情況下的網(wǎng)絡(luò)效能為 (1.08)，高于TCC方案的網(wǎng)絡(luò)效能值(-0.55)。此外，如圖11和圖12所示，相比TCC方案，采用 ACC方案的網(wǎng)絡(luò)不僅可W達(dá)到一個(gè)更高的平均數(shù)據(jù)流速率，而且降低了平均功率損耗。值得 注意的是，在圖12中，節(jié)點(diǎn)4的承載相對(duì)較重，采用ACC方案的節(jié)點(diǎn)4的傳輸功率要顯著高于 采用TCC方案的節(jié)點(diǎn)4傳輸功率，增加傳輸功率從而達(dá)到緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的。運(yùn)進(jìn)一步表 明，本發(fā)明中提出的ASS算法可W在原有傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上提高的擁塞控制的效果，在帶寬 利用和功耗中實(shí)現(xiàn)更有效的資源分配。
[0126] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng) 包括：
[0127] 第一判斷模塊，用于判斷時(shí)間指數(shù)t是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙T，如是，則執(zhí)行第二 判斷模塊，如否，則結(jié)束本次控制檢測(cè)；
[0128] 第二判斷模塊，用于判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如是，對(duì)數(shù)據(jù)流(X，P)速率Xf (t+1)進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行第=判斷模塊，如否，則直接執(zhí)行第=判斷模塊；
[0129] 第S判斷模塊，用于判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如是，則對(duì)傳輸功率Pn(t+1)及 容量Cn,f(t+1)進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行第四判斷模塊;如否，則直接執(zhí)行第四判斷模塊；
[0130] 第四判斷模塊，用于判斷時(shí)間指數(shù)t是否可W被整除迭代次數(shù)M，如是，則執(zhí)行步驟 E，如否，則執(zhí)行步驟F;
[0131] 算法運(yùn)行模塊，用于在本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法，其公式：
[0132]
[0133] 指數(shù)調(diào)整模塊，用于對(duì)時(shí)間分配指數(shù)T = T+1及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)t = t+l進(jìn)行遞增調(diào) 整；
[0134] 其中，t是時(shí)間指數(shù)，T是發(fā)送時(shí)隙，（X，P)是數(shù)據(jù)流，Xf(t+1)是速率，Pn(t+1)是傳輸 功率，Cn,f(t+1)是容量，M是迭代次數(shù)，T是時(shí)間分配指數(shù)，an,f是節(jié)點(diǎn)n用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā) 送時(shí)間比例，rin,f是數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)n的最大可用容量Cn,f的飽和程度，即數(shù)據(jù)流f在節(jié)點(diǎn) n的飽和因子，n為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流索引，a和n是決策變量，C是固定步長，e屬于節(jié)點(diǎn)n發(fā) 送的數(shù)據(jù)流集合Fn中任意一個(gè)元素。
[0135] 所述算法運(yùn)行模塊中每執(zhí)行M次數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率的迭代之后才執(zhí)行I次發(fā) 送時(shí)隙比例的調(diào)整。
[0136] 所述算法運(yùn)行模塊中使用時(shí)間分配指數(shù)T來標(biāo)識(shí)發(fā)送時(shí)間調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)是否相 對(duì)少于數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)加快函數(shù)的收斂。
[0137] 所述算法運(yùn)行模塊中只需要局部信息與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流速率和鏈路容量作為 調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間分配依據(jù)；
[0138] 所述算法運(yùn)行模塊中的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法只要數(shù)據(jù)流速率和傳輸功 率能夠得到正確的調(diào)整，可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率分配方法集成在一 起；
[0139] 所述算法運(yùn)行模塊中算法函數(shù)式具有收斂性。
[0140] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括W下步驟： A、 判斷時(shí)間指數(shù)t是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙T，如是，則執(zhí)行步驟B，如否，則結(jié)束本次控 制檢測(cè)； B、 判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如是，對(duì)數(shù)據(jù)流(X，P)速率Xf(t+1)進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行步 驟C，如否，則直接執(zhí)行步驟C; C、 判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如是，則對(duì)傳輸功率Pn(t + 1)及容量Cn,f(t+1)進(jìn)行調(diào)整 并執(zhí)行步驟D;如否，則直接執(zhí)行步驟D; D、 判斷時(shí)間指數(shù)t是否可W被整除迭代次數(shù)M，如是，則執(zhí)行步驟E，如否，則執(zhí)行步驟F; E、 在本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法，其公式：F、 對(duì)時(shí)間分配指數(shù)τ = τ+1及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)t = t+l進(jìn)行遞增調(diào)整； 其中，t是時(shí)間指數(shù)，T是發(fā)送時(shí)隙，（X，P)是數(shù)據(jù)流，Xf(t+1)是速率，Pn(t+1)是傳輸功 率，Cn,f(t+1)是容量，Μ是迭代次數(shù)，τ是時(shí)間分配指數(shù)，an,f是節(jié)點(diǎn)η用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā)送 時(shí)間比例，rin,f是數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)η的最大可用容量Cn,f的飽和程度，即數(shù)據(jù)流f在節(jié)點(diǎn)η 的飽和因子，η為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流索引，α和η是決策變量，ξ是固定步長，e屬于節(jié)點(diǎn)η發(fā) 送的數(shù)據(jù)流集合Fn中任意一個(gè)元素。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟E中每執(zhí)行Μ次數(shù)據(jù)流速率和 傳輸功率的迭代之后才執(zhí)行1次發(fā)送時(shí)隙比例的調(diào)整。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步驟Ε中使用時(shí)間分配指數(shù)τ來標(biāo) 識(shí)發(fā)送時(shí)間調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)是否相對(duì)少于數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)加快函 數(shù)的收斂。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步驟Ε中只需要局部信息與節(jié)點(diǎn) 關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流速率和鏈路容量作為調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間分配依據(jù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步驟Ε中的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間 分配算法只要數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率能夠得到正確的調(diào)整，可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流 速率和傳輸功率分配方法集成在一起。6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的控制方法，其特征在于，所述步驟Ε中算法函數(shù)具有 收斂性。7. -種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括： 第一判斷模塊，用于判斷時(shí)間指數(shù)t是否小于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時(shí)隙Τ，如是，則執(zhí)行第二判斷 模塊，如否，則結(jié)束本次控制檢測(cè)； 第二判斷模塊，用于判斷本發(fā)送節(jié)點(diǎn)是否是源節(jié)點(diǎn)，如是，對(duì)數(shù)據(jù)流(X，P)速率Xf(t+1) 進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行第Ξ判斷模塊，如否，則直接執(zhí)行第Ξ判斷模塊； 第Ξ判斷模塊，用于判斷本節(jié)點(diǎn)是否是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，如是，則對(duì)傳輸功率Pn(t+1)及容量 Cn,f(t+1)進(jìn)行調(diào)整并執(zhí)行第四判斷模塊;如否，則直接執(zhí)行第四判斷模塊； 第四判斷模塊，用于判斷時(shí)間指數(shù)t是否可W被整除迭代次數(shù)M，如是，則執(zhí)行步驟E，如 否，則執(zhí)行步驟F; 算法運(yùn)行模塊，用于在本節(jié)點(diǎn)執(zhí)行自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法，其公式：指數(shù)調(diào)整模塊，用于對(duì)時(shí)間分配指數(shù)τ = τ+1及對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間指數(shù)t = t+l進(jìn)行遞增調(diào)整； 其中，t是時(shí)間指數(shù)，T是發(fā)送時(shí)隙，（X，P)是數(shù)據(jù)流，Xf(t+1)是速率，Pn(t+1)是傳輸功 率，Cn,f(t+1)是容量，Μ是迭代次數(shù)，τ是時(shí)間分配指數(shù)，an,f是節(jié)點(diǎn)η用于發(fā)送數(shù)據(jù)流f的發(fā)送 時(shí)間比例，rin,f是數(shù)據(jù)流f相對(duì)于節(jié)點(diǎn)η的最大可用容量Cn,f的飽和程度，即數(shù)據(jù)流f在節(jié)點(diǎn)η 的飽和因子，η為節(jié)點(diǎn)索引，f為數(shù)據(jù)流索引，α和η是決策變量，ξ是固定步長，e屬于節(jié)點(diǎn)η發(fā) 送的數(shù)據(jù)流集合Fn中任意一個(gè)元素。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述算法運(yùn)行模塊中每執(zhí)行Μ次數(shù)據(jù) 流速率和傳輸功率的迭代之后才執(zhí)行1次發(fā)送時(shí)隙比例的調(diào)整。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述算法運(yùn)行模塊中使用時(shí)間分配指 數(shù)τ來標(biāo)識(shí)發(fā)送時(shí)間調(diào)整的執(zhí)行次數(shù)是否相對(duì)少于數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率調(diào)整的執(zhí)行次數(shù) 加快函數(shù)的收斂。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述算法運(yùn)行模塊中只需要局部信 息與節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流速率和鏈路容量作為調(diào)整節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)間分配依據(jù)； 所述算法運(yùn)行模塊中的節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)發(fā)送時(shí)間分配算法只要數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率能 夠得到正確的調(diào)整，可W與任何類型的聯(lián)合數(shù)據(jù)流速率和傳輸功率分配方法集成在一起； 所述算法運(yùn)行模塊中算法函數(shù)式具有收斂性。
【文檔編號(hào)】H04W52/02GK105939526SQ201510797065
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日
【發(fā)明人】曾捷
【申請(qǐng)人】深圳大學(xué)