一种无线多媒体传感器网络中的拥塞控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线传感器网络通信技术，特别是涉及无线多媒体传感器网络通信中 拥塞控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信、计算机网络和多媒体技术的不断发展和交叉，无线传感器网络得 到了爆炸性发展。然而，随着需求的增多，无线传感器网络需要满足检测到更多环境参数信 息的需要。越来越多的检测和监控应用中使用了无线多媒体传感器网络。网络拥塞往往会 发生在网络用于事件监测的时候。造成网络整体吞吐量下降，生命周期减短，网络耗能增加 等问题。
[0003] 所以从以上问题可以看出，提出一种维护简单、易于实现、效果良好的拥塞控制方 法是十分有必要的。现有的拥塞控制方法大多应用于有线网络，没有考虑到无线网络中信 道复杂性和共享性，也没有考虑到适用于多媒体数据的多样性和实时性。
【发明内容】
[0004] 基于此，提供一种适用于支持无线网络、承载不同优先级服务的无线多媒体传感 器网络的拥塞控制方法。
[0005] -种无线多媒体传感器网络中的拥塞控制方法，用于应对无线多媒体传感器网络 中的网络拥塞，其特征在于，包括：步骤1)对节点的缓存队列采取基于优先级的队列管理 机制；步骤2)通过测量节点队列的使用率和优先级比率进行拥塞检测；步骤3)通过不断 监测子节点拥塞度，调节子节点的发送速率，实现拥塞处理机制；步骤4)使用节点标记方 法，使用拥塞标志、拥塞处理标志和状态良好标志作为节点标记，从而选择多径路由。
[0006] 在其中一个实施例中，所述的队列管理机制包括：计算数据包优先级和根据优先 级分配丢弃概率。计算如下式
[0007]
[0009] 其中，Pi(sn)为i节点的序列号为sn的数据包优先级记，a和0是介于〇到1 之间的参数，SPjsn)是该i节点中序列号为sn的数据包服务优先级，djsn)是该数据包 由其源节点产生到进入i节点缓存队列的时间，0Jsn)为i节点的序列号为sn的数据包 丢弃概率，A是一个常数。
[0010] 在其中一个实施例中，所述的队列管理机制达到为不同优先级的服务数据分配不 同的丢弃概率，这保证了缓存队列需要丢弃数据包时，能够首先丢弃优先级低的数据包。
[0011] 在其中一个实施例中，所述的队列管理机制，丢弃因排队时间过长而丢弃的数据 包，并将保存失效丢弃的数据包，等待网络处于非拥塞阶段时尝试重新发送。
[0012] 在其中一个实施例中，所述的队列管理机制，使用以下公式：
[0013]
[0014] 定时测量计算优先级比率Q，其中p表示不同的数据包优先级，
为队 列中各种优先级数据包的个数之和，P_是队列中的最大优先级，Pnild是优先级的均值。
[0015] 在其中一个实施例中，所述的无线多媒体传感器网络中的拥塞控制方法，其特征 在于，所述的拥塞检测在测量节点队列的使用率的基础上，结合优先级比率进行检测：
[0016]
[0017] R"t)表示i节点的预留带宽，节点允许最大带宽，Q是优先级比率，C是队 列长度，Cu是队列使用量，T:和T2是队列状态阈值。
[0018] 在一个实施例中，所述的拥塞处理机制能够通过拥塞控制数据包改变子节点速 率，和改变子节点路由。所述拥塞控制数据包格式为：拥塞源节点号、受控子节点号、受控子 节点目标适应速率。
[0019] 在一个实施例中，所述的拥塞处理机制，数据包中的受控子节点j的目标适应速 率：Tj(t)通过以下公式算出，其中Ri(t)为当前节点i的预留带宽，Di(t)为当前节点总拥塞 度，d, (t)为子节点j在t时刻的拥塞度，由其平均数据包到达时间ts和平均数据包处理时 间ta得出：
[0022] 在其中一个实施例中，所述节点标记机制，包括三种节点状态标记：拥塞标记、拥 塞处理标记、状态良好标记，包括以下步骤：
[0023] 1)节点发生拥塞，标记当前节点标记为拥塞标记，加入拥塞源集合K。，同时广播告 知邻居；
[0024] 2)节点接收拥塞控制消息，标记当前节点标记为拥塞处理标记，加入拥塞源集合 Kp，同时广播告知邻居；
[0025] 3)节点接收拥塞解除消息，标记当前节点标记为状态良好标记，从K。或者Kp中移 除，同时广播告知邻居。
[0026] 在其中一个实施例中，所述的节点标记机制，通过广播的形式告知邻居其自身节 点状态。
[0027] 在其中一个实施例中，所述的节点标记机制能够配合拥塞处理控制信息数据包， 多径路由的选择，包括以下步骤：
[0028] 1)子节点接收到拥塞控制消息，尝试选择多径路由；
[0029] 2)若邻居列表存在状态良好的节点，则选其为下一条路由，并告知原父节点，同时 为选择节点发送拥塞控制数据包，将其加入拥塞处理集合Kp;若邻居列表不存在正常节点 状态的节点，则多径路由选择失败。
[0030] 上述无线多媒体传感器网络中的拥塞控制方法，适用高速的无线传感器网络，也 适用于对服务有不同优先级要求的无线传感器网络。无线多媒体传感器网络中的拥塞控制 方法，能够提高网络吞吐量和降低网络丢包，对拥塞控制有良好效果，并且成本低，易于实 现。参照权利要求部分修改
【附图说明】
[0031] 图1为一种无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法的组织结构示意图；
[0032] 图2为一种无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法实现流程图。
【具体实施方式】
[0033] 如图1所示，为一种无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法的组织结构示意图。 本发明所述一种无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法，围绕一个缓存队列，一套缓存队 列管理机制，两种拥塞控制策略。
[0034] 缓存队列的作用是接收并缓存本地数据包和网络中需要转发的数据包。当数据包 到达时，数据包所携带了该数据包的优先级信息。若优先级高，则相应的分配更小的丢弃概 率，若优先级低则分配更大的丢弃概率。
[0035] 在本实施例中，根据以下公式分配丢弃概率，其中A是一个常数，可以对其进行不 同的设定以适应不同的要求，这里取A= 1。
[0036]
[0037] 在本实施例中，节点产生本地数据包时，会为其分配一个数据包优先级，所述数据 包优先级的计算如以下公式所示：
[0038]
[0039] 其中a和0是介于0到1之间的参数，SPjsn)是该i节点中序列号为sn的数 据包服务优先级，djsn)是该数据包由其源节点产生到进入i节点缓存队列的时间。
[0040] 数据不断地从队列入口进入，经过处理后从队列出口离开，本发明所述缓存队列 管理机制，周期性的检测缓存队列的使用率Cu，并根据使用率Cu和阈值TJPT2进行对比， 决定丢包数。如图2所示，为一种无线多媒体传感器网络的拥塞控制方法实现流程图。
[0041] 本实施例中，当所述队列管理机制检测到队列的使用率Cu小于T4寸，检测结果可 以认为网络空闲，不执行丢弃数据包，将之前被丢弃的数据包从丢弃存储区取出，设定最低 的优先级，并进行重新发送的尝试；当所述队列管理机制检测到队列的使用率cu，大于1\， 小于1~2时，检测结果认为网络高负荷运行，利用率高，此时根据队列中数据包丢弃概率适当 的丢弃不需要的数据包，同时检测有没有数据包因为排队时间过久而超时，如果有则丢弃 数据包（即把数据包从队列中移除）；当所述队列管理机制检测到队列的使用率cu，大于 ，小于^时，还会结合子节点的拥塞度大小和队列中使用率和优先级比率，判定是否可以 执行拥塞处理策略；当述队列管理机制检测到队列的使用率cu，大于T2，检测结果认为网络 繁忙，队列中基本上只包含高优先