无线传感器网络通信性能确定上界研究

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小型微型计算机系统

输）．传感器节点对通信数据进行优先级调度转发，节点的通信调度模型如图２所示．

在模型中，首先，对于采集数据的无线传感器节点，本文称为终端节点，把进入终端节点的数据流按前面的分析分成三类数据流．由于终端节点具有一定的缓冲区，，能够对数据进行缓存后转发，我们把它视为一个缓冲区有限的流量整形器．整形器由一定的包络曲线函数所限定（见后面讨论），该包络曲线将作为该数据流进入节点的到达曲线ａ（｜ｒ）．接下来，整形之后属于同一数据流类型的数据流汇聚到由节点分配的专门缓存区中，每一个缓存区均以先来先服务（ＦＣＦＳ）方式调度．最后，节点以某一服务曲线届（ｆ）对缓存区中排队等待的数据流进行区分调度转发．调度转发的原则是优先级别高的数据队列优先转发：即优先转发突发性实时数据，当突发性实时数据队列为空时才可以传送周期性实时数据，仅当前两个队列都为空时才能传送一般非实时性数据（如图２所示）．当终端节点的数据传送到上一级节点后．上级节点的数据传输模式基本与终端节点的模式相似，但存在如下的二点主要区

别：

２０１１年

１）上一级节点（如簇节点）有许多传感器网络节点的数

据经此节点转发（它自己同时也是终端节点，也采集数据），因此需要对终端节点传送过来的数据流（微数据）整形后，再

按不同的级别分别汇聚到各自的调度队列如图２（ｂ）所示；

２）所用的整形器稍有不同，在无线传感器网络中，终端节点主要用于对周围环境的监测，事件发生时主要目的在于快速通知ＢＳ（ｂａｓｅｓｔａｇｏｎ）处理，在于传输的数据量包含的信息量的多少，而不在于通信量的多少，例如周期性的数据流几乎没有包含新的信息（表示周围环境没有变化）．

因此在传感器网络的终端节点，对所有进入传输系统的数据进行有损整形，使其进入网络的数据流在不丢失信息量的基础上满足一定的达到曲线．而在中间传输节点（例如簇头节点，或者中继路由节点）不同，它必须尽量保证中继的数据不丢失，因此我们把中继数据的整形器抽象为一个无损的整形器，在对数据流进行整形后再进行调度转发．

模型中所用的整形器为用分形整形器，下面给出了一种

Ｄａｔａｆｌｏｗ

ＡＩ

Ｄａ组

ｆｌＯＷ九

Ｄ如

ｆｌｏｗＡｓ

（ａ）

终端节点无线传感器网络数据流调度转发模型

ｎｏｄｅ（ａ）Ｄａｔａｆｌｏｗｓｃｈｃｄｕｆｉｎｇｍｏｄｅｌ

ｏｆ咖ｉｎａｌ

（ｂ）

（ｂ）

图２

Ｆｉｇ．２

中间节点的数据汇集流调度转发模型

Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｍｏｄｅｌｆｏｒｄａｍｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓｔｒｅａｍｍｉｄｎｏｄｅｓ

典型的分形整形器的整形曲线ｓ（ｔ），以下未做特别说明整形器的整形曲线均为公式（１）坤Ｊ．

Ｊ（ｆ）＝ｒ‘ ｔ＋ｂ’，Ｖｆ≥Ｏ

（Ｉ）（２）（３）

优先级调度器组成的虚拟调度节点，这样终端节点产生的数据经过如图３所示的串连虚拟调度节点传输后最终到达ＢＳ（ｂａｓｅｓｔａｄｏｎ）．

为了知识的完整性与连续性，下面给出了本文网络演推理中用到的相关定义、定理、性质与引理．由于这些都已经得到研究结果［３剖，只给出相关定理，具体的内容参见相关文献．

定义１．（广义递增函数）．定义２．（冲激函数）．定义３．（最小加卷积）．定义４．（最小加反卷积）．定义５．（水平偏差）．定义６．（垂直距离）．定义７．（累积函数）．定义８．（子加函数）．

ｒ’＝ｒ＋矿（１一日）√２’，（忐）ｎ１

ｂ‘＝矿（１一日）√２７（尚）８

标准偏差以及自相似参数，１为一个正常数．

这里，ｒ，叮，Ｈ分别为输入自相似通信流的长期平均速率，

图３

Ｈｇ．３

无线传感器数据流传输模型

Ｄａｔａｓｔｒｅａｍｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎ

ＷＳＮｓ

定义９．（子加闭包）．定义１０．（到达曲线）．定义１１．（服务曲线）．

参见以往研究¨１中的定义，分别为定义２．１、２．３，２．５、２．

图３给出了无线传感器网络的数据流传输模型，对传输链路中的每一个节点，本文把它抽象为由一个分形整形器和

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