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无线传感器网络的低成本、高灵活性、易维护、高密度性和容错性等特征使其在工业现场得到了越来越多的应用。与一般无线传感器网络相比,在工业领域应用的特殊性使得网络中的数据对传输时延特别敏感,其对可靠性和实时性等性能有更高的要求,因此设计能够帮助网络减少丢包、提高实时性的传输调度方法具有重要的研究意义。
本文以减少网络丢包率、降低传输时延为目标,分别针对周期性数据网络和非周期性数据网络,从数据流和节点的角度出发,对调度方法进行研究。本文主要内容如下:
(1)分析了工业无线传感器网络的体系结构和特点,对几个主要相关技术进行研究,尤其针对提高网络可靠性和实时性的调度方法进行深入研究和比较。
(2)针对周期性数据网络的网络模型和工作特点,从数据流的角度出发,提出了一种基于回溯法的最优数据流调度算法,通过对解空间树探索的方式求得最优调度方案。然后考虑到算法的执行效率,提出了一种次优的考虑紧急度和并发率的实时调度算法。该方法首先考虑数据流截止时间和剩余跳数为其定义紧急度,在保证较紧急的数据流成功传输的前提下,从全网角度安排更多数据流较早传输提高网络整体实时性,从而降低了丢包率和数据流响应时间。
(3)针对非周期性数据网络,以节点为调度对象,提出一种基于时间到达率的分层调度方法。该方法按照超帧进行调度,首先依据拓扑结构将网络分层,然后将超帧分成两部分分别供奇数层和偶数层节点发送,再根据网络的冲突关系和节点上的数据密度为节点分配具体时隙,而每个节点则依据数据包的紧急程度来安排具体的数据发送。
(4)对本文提出的算法的时间性能进行分析,并通过仿真实验,对丢包率和数据传输延迟进行了对比。仿真结果表明本文提出的方法在两种场景下能够显著降低网络丢包率和响应时间,提高网络实时性。
本文以减少网络丢包率、降低传输时延为目标,分别针对周期性数据网络和非周期性数据网络,从数据流和节点的角度出发,对调度方法进行研究。本文主要内容如下:
(1)分析了工业无线传感器网络的体系结构和特点,对几个主要相关技术进行研究,尤其针对提高网络可靠性和实时性的调度方法进行深入研究和比较。
(2)针对周期性数据网络的网络模型和工作特点,从数据流的角度出发,提出了一种基于回溯法的最优数据流调度算法,通过对解空间树探索的方式求得最优调度方案。然后考虑到算法的执行效率,提出了一种次优的考虑紧急度和并发率的实时调度算法。该方法首先考虑数据流截止时间和剩余跳数为其定义紧急度,在保证较紧急的数据流成功传输的前提下,从全网角度安排更多数据流较早传输提高网络整体实时性,从而降低了丢包率和数据流响应时间。
(3)针对非周期性数据网络,以节点为调度对象,提出一种基于时间到达率的分层调度方法。该方法按照超帧进行调度,首先依据拓扑结构将网络分层,然后将超帧分成两部分分别供奇数层和偶数层节点发送,再根据网络的冲突关系和节点上的数据密度为节点分配具体时隙,而每个节点则依据数据包的紧急程度来安排具体的数据发送。
(4)对本文提出的算法的时间性能进行分析,并通过仿真实验,对丢包率和数据传输延迟进行了对比。仿真结果表明本文提出的方法在两种场景下能够显著降低网络丢包率和响应时间,提高网络实时性。