CN101945436A - 一种流量调度的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种流量调度的方法、设备和系统。本发明实施例包括：周期性地获取各路径的流量信息；根据所述流量信息确定数据包碰撞概率；根据所述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定所述各路径上的能量消耗；将数据包沿所述能量消耗最小的路径发送。本发明实施例能够降低数据包在网络中发送所消耗的能量。

Description

一种流量调度的方法、设备和系统

技术领域

本发明实施例涉及通信技术，特别是涉及一种流量调度的方法、设备和系统。

背景技术

无线网络中的无线设备，由于受到体积、重量、部署环境、以及移动性方面的限制，通常会采用电池供电。例如，家庭无线网络中的手机、笔记本电脑、PDA等设备，出于便携性的考虑，会采用电池进行供电。在目前的技术水平下，电池容量难以大幅度提高，因此通过各种节能机制尽量减少无线设备的能量消耗，可以有效地延长无线网络的工作时间和网络生存时间。

无线网络的节能机制可以在网络的各个层次实现。在物理层，可以采用低功耗的传输技术和自适应的编码调制技术降低数据包传输的能量消耗；在MAC层，可以引入动态的睡眠机制，使节点在无数据包传输时，进入睡眠状态，从而达到节约能量的目的。以上这些机制，都是从单个节点的角度出发，降低节点的数据包传输成本。从网络层的角度来看，数据包从节点到目的节点，要经过多个节点的中间转发，因此端到端的数据包传输会导致整条传输路径上各个节点的能量消耗，如果某些节点转发了过多的数据包，会导致节点能量耗尽失效，则有可能导致网络连接性下降，最终使得网络失效。因此，需要从网络的角度来考虑能量节约的问题。在全网范围内结合路由算法进行适当的低功耗流量调度，使数据流沿着最节能的路径传输，可以有效地降低网络整体能耗。低功耗流量调度在各种节能机制中占有无可替代的地位，尽管底层的节能机制能够减缓单个节点的能量消耗，但是节约整个网络的能量消耗、平衡各个节点的剩余能量、提高整个网络的生存时间，仍然要依靠低功耗流量调度来实现。

如何准确地确定无线网络中承载业务流量后的能量消耗情况是我们要解决的问题，从而实现网络层次的流量调度，以使网络总体能量消耗最小。

发明内容

本发明实施例提供了一种流量调度的方法、设备和系统。用以降低数据包在网络中发送所消耗的能量。

本发明实施例提供了一种流量调度的方法，包括：

周期性地获取各路径的流量信息；

根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；

根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗；

将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送。

本发明实施例还提供了一种无线网络节点，包括：

第一获取模块，用于周期性地获取各路径的流量信息；

第一处理模块，用于根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；

第二处理模块，用于根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

第三处理模块，用于根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗；

第一发送模块，用于将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送。

本发明实施例提供的一种流量调度的方法、设备和系统，通过周期性地获取各路径的流量信息；根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；根据上述数据包碰撞概率确定链路发送中各个过程的失败概率；准确地了解网络的传输状况。再根据上述链路发送中各个过程的失败概率确定不同路径上的能量消耗，确定无线网络中承载业务流量后的不同路径的能量消耗情况。最后将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送，从而实现网络层次的流量调度，以使网络总体能量消耗最小。

附图说明

图1为本发明流量调度实施例示意图；

图2为本发明使用RTS/CTS传输模式的流量调度实施例示意图；

图3为本发明实施例RTS/CTS接入模式流程图；

图4为本发明使用DATA/ACK传输模式的流量调度实施例示意图；

图5是本发明实施例无线网络节点结构图；

图6是本发明实施例无线网络系统结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种流量调度的方法、设备和系统，下面对本发明实施例的技术方案展开详细的描述。

发明人在实现本发明实施例的过程中，发现现有技术中对低功耗流量调度使用的是静态模型，没有将网络开始发送数据后的情况考虑在内，所以根据这一模型确定的网络的传输状况有很大误差。在网络开始发送数据以后，邻居节点的流量会互相干扰，并且造成数据包的碰撞等问题。在发生干扰、碰撞等情况以后，传输中的数据包会丢失，因此，对于丢失的数据包，网络需要进行重传。这种重传会造成额外的能量消耗，如果不将这种情况考虑在内，就无法准确地得到能量消耗，流量调度很可能达不到预期的效果。

图1为本发明流量调度实施例示意图。本实施例包括：

步骤101，周期性地获取各路径的流量信息；

步骤102，根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；

步骤103，根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

步骤104，根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗；

步骤105，将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送。

本实施例适用于无线网络中低功耗流量调度的过程中，本发明实施例的执行主体是无线网络中的节点。

无线网络节点在发送数据之前，需要了解不同路径所消耗的能量，因此，节点周期性地获取各路径的流量信息。例如：节点周期地沿网络中不同路径向目标节点发送PROBE数据包，用来查询能量消耗的情况；目标节点在接收到PROBE数据包后，会通过不同路径向回发送REPLY数据包，最后到达节点处。节点收到这些REPLY数据包以后，解析REPLY数据包中的链路信息表项，其中包含有流量信息，这些流量信息可以包括暴露节点流量信息和隐藏节点流量信息。根据解得的流量信息，根据计算公式，确定数据包碰撞概率，根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率，再根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗。上述确定上述各路径上的能量消耗的方法可以是：根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率；根据上述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量；根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量；根据上述链路发送成功概率、上述链路发送成功所需要的能量、和上述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量；根据路径上各个链路的上述链路发送所需要的平均能量确定上述不同路径上的能量消耗。最后节点将数据流量调度到能量消耗最小路径上。

本发明实施例通过周期查询网络中不同路径的能量消耗，建立一个更加准确的动态网络模型，这个模型包含不同路径的最新能量消耗情况，通过这一模型，能够更加准确地估计出网络中各个节点受到干扰，发生数据包碰撞的概率，更加准确地确定出最优路径，降低无线网络中的能量消耗，从而达到低功耗流量调度的目的。

图2为本发明使用RTS/CTS传输模式的流量调度实施例示意图。本实施例包括：

步骤201，周期性地获取各路径的流量信息；

步骤202，根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；

步骤203，根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

步骤204，根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上在使用RTS/CTS传输模式时的能量消耗；

步骤205，将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送。

本实施例适用于无线网络中低功耗流量调度的过程中，本发明实施例的执行主体是无线网络中的节点。

无线网络节点在发送数据之前，需要了解不同路径所消耗的能量，因此，节点周期性地获取各路径的流量信息。例如：节点周期地沿网络中不同路径向目标节点发送PROBE数据包，用来查询能量消耗的情况；目标节点在接收到PROBE数据包后，会通过不同路径向回发送REPLY数据包，最后到达节点处。节点收到这些REPLY数据包以后，解析REPLY数据包中的链路信息表项，其中包含有流量信息，这些流量信息可以包括暴露节点流量信息和隐藏节点流量信息。根据解得的流量信息，根据计算公式，确定数据包碰撞概率，根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率，再根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗。上述确定上述各路径上的能量消耗的方法可以是：根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率；根据上述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量；根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量；根据上述链路发送成功概率、上述链路发送成功所需要的能量、和上述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量；根据路径上各个链路的上述链路发送所需要的平均能量确定上述不同路径上的能量消耗。最后节点将数据流量调度到能量消耗最小路径上。

在使用了RTS/CTS传输模式时，为进行最小能耗的流量调度，需要为网络中的每条可选路径建立能耗模型，为建立路径能耗模型，我们先从建立节点到节点的链路能耗模型入手。在RTS/CTS传输模式下，无线节点在接入信道后，首先发送RTS控制包，当接收端收到RTS控制包后，发送CTS控制包应答，发送端如果在预定时间内没有收到CTS控制包，则重新发送RTS控制包，发送端成功接收到CTS控制包以后，发送DATA数据包，当接收端收到DATA数据包后，发送ACK控制包应答，发送端收到ACK控制包后，此数据包即发送成功。图3给出了RTS/CTS模式下数据包发送的过程。

本发明实施例中确定某一路径在使用RTS/CTS传输模式时能量消耗的方法可以是：

首先根据解得的流量信息确定链路发送中各个过程的失败概率P_F，上述各个过程包括四个过程：RTS发送过程、CTS发送过程、DATA发送过程、和ACK发送过程，相对应的失败概率为P_FR、P_FC、P_FD、和P_FA。

在确定P_FR、P_FC、P_FD、和P_FA之前，需要先将流量信息中包含的暴露节点流量信息λ_CS和隐藏节点流量信息λ_HT代入下式确定数据包碰撞概率P_collid

$P_{\mathrm{collid}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{HT}}}{B-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CS}}},\mathrm{if}0\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{HT}}}{B-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CS}}}\≤1\\ 1,\mathrm{else}\end{array}\right.$

其中，B为链路带宽。

P_collid与隐藏节点的数据流量以及信道状态相关。比如，若节点i测得周围有其他节点进行数据发送，则暂时等待；如果检测到信道处于空闲状态，则开始进行数据发送。因而，节点i发送的数据包被碰撞有两个条件，一是节点i处于空闲信道中，二是节点i的隐藏节点同时在进行数据发送，并且数据流量越大碰撞概率就越大。根据上述分析，我们可以看到P_collid的物理意义实际上就是隐藏节点对信道的干扰时间和节点i数据发送时间窗口的比值。上式采用的是归一化方法确定这一概率的：设节点i处信道总时间为1，节点i能够发送数据的时间窗口需要排除掉其他暴露节点的数据发送时间。我们已经假设其他暴露节点数据总流量为λ_CS，因此暴露节点的数据发送时间为λ_CS/B，对应的节点i的数据发送时间窗口为1-λ_CS/B。对应的节点i的隐藏节点对信道的干扰时间为λ_HT/B。

在确定P_FR、P_FC、P_FD、和P_FA之前，还需要根据单比特差错概率P₀和数据包长度L确定数据包差错概率P_e

P_e＝1-(1-P₀)^L

其中，L可以是RTS、CTS、DATA、或ACK数据包长度S_R、S_C、S_D、S_A。

根据上面确定出的数据包碰撞概率P_collid和数据包差错概率P_e确定链路发送中各个过程的失败概率P_F

P_F(L)＝1-(1-P_e)(1-P_collid)

P_F链路发送中各个过程的失败概率；当确定P_e时L是RTS数据包的长度S_R时，即L＝S_R时，P_F代表RTS发送过程失败的概率，即P_F＝P_FR；当L＝S_C时，P_F＝P_FC；当L＝S_D时，P_F＝P_FD；当L＝S_A时，P_F＝P_FA。

然后根据上述链路发送中各个过程的失败概率P_FR、P_FC、P_FD、和P_FA确定链路发送成功概率P_S，如果网络中采用RTS/CTS模式发送

P_S＝(1-P_FR)(1-P_FC)(1-P_FD)(1-P_FA)，

然后根据数据包长度和每发送/接收1比特数据所需要的能量E_t/E_r确定链路发送成功所需要的能量e_s

如果网络中采用RTS/CTS模式发送

e_s＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t+S_C×E_r+S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t+S_A×E_r

然后根据上述链路发送中各个过程的失败概率P_FR、P_FC、P_FD、和P_FA确定链路发送中各个失败情况概率，如果网络中采用RTS/CTS模式发送，链路发送包括四种失败情况：RTS失败；RTS成功、CTS失败；RTS、CTS成功、DATA失败；RTS、CTS、DATA成功、ACK失败；四种情况下对应的失败概率为P_l、P₂、P₃、和P₄。

P₁＝P_FR

P₂＝(1-P_FR)×P_FC

P₃＝(1-P_FR)×(1-P_FC)×P_FD

P₄＝(1-P_FR)×(1-P_FC)×(1-P_FD)×P_FA

确定根据上述链路发送中各个失败情况概率确定链路发送中各个失败情况所需要的能量，如果网络中采用RTS/CTS模式发送

e₁＝S_R×E_t

e₂＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t

e₃＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t+S_C×E_r+S_D×E_t

e₄＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t+S_C×E_r+S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t

其中，e₁为RTS失败所需要的能量；e₂为RTS成功、CTS失败所需要的能量；e₃为RTS、CTS成功、DATA失败所需要的能量；e₄为RTS、CTS、DATA成功、ACK失败所需要的能量。

根据上面算出的链路发送中各个失败情况概率P₁、P₂、P₃、和P₄和链路发送中各个失败情况所需要的能量e₁、e₂、e₃、和e₄确定链路发送失败所需要的能量e_f，如果网络中采用RTS/CTS模式发送

e_f＝P₁×e₁+P₂×e₂+P₃×e₃+P₄×e₄

然后根据上述链路发送成功概率P_s、上述链路发送成功所需要的能量e_s、和上述链路发送失败所需要的能量e_f确定链路发送所需要的平均能量e₁。一次数据包发送消耗的平均能量为各种重传情况下，消耗能量的平均值。

$e_l=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{SRL}}{\mathrm{\Σ}}}{(1-P_S)}^{k-1}\·P_S\·((k-1)e_f+e_s)+{(1-P_S)}^{\mathrm{SRL}}\·\mathrm{SRL}\·e_f$

其中，SRL(Short Retry Limit，长重试限制)为RTS/CTS模式下或DATA/ACK模式下的重传次数

考虑一条端到端的路径p，包含多段路径1。则在路径p上传输一个数据包的能量消耗为e_p

$e_p=\underset{l\∈p}{\mathrm{\Σ}}{e}_l$

基于上述e_p的确定方法，可以为每条可选路径确定其单位能量消耗，然后将端到端的流量调度到具有最小e_p的路径上，通过周期性的进行流量调度，即可实现网络整体的最小能耗。

本发明实施例通过周期查询网络中不同路径的能量消耗，建立一个更加准确的动态网络模型，这个模型包含不同路径的最新能量消耗情况，通过这一模型，能够更加准确地估计出网络中各个节点受到干扰，发生数据包碰撞的概率，更加准确地确定出最优路径，降低无线网络中的能量消耗，从而达到低功耗流量调度的目的。

图4为本发明使用DATA/ACK传输模式的流量调度实施例示意图。本实施例包括：

步骤401，周期性地获取各路径的流量信息；

步骤402，根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；

步骤403，根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

步骤404，根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上在使用DATA/ACK传输模式时的能量消耗；

步骤405，将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送。

本实施例适用于无线网络中低功耗流量调度的过程中，本发明实施例的执行主体是无线网络中的节点。

无线网络节点在发送数据之前，需要了解不同路径所消耗的能量，因此，节点周期性地获取各路径的流量信息。例如：节点周期地沿网络中不同路径向目标节点发送PROBE数据包，用来查询能量消耗的情况；目标节点在接收到PROBE数据包后，会通过不同路径向回发送REPLY数据包，最后到达节点处。节点收到这些REPLY数据包以后，解析REPLY数据包中的链路信息表项，其中包含有流量信息，这些流量信息可以包括暴露节点流量信息和隐藏节点流量信息。根据解得的流量信息，根据计算公式，确定数据包碰撞概率，根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率，再根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗。上述确定上述各路径上的能量消耗的方法可以是：根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率；根据上述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量；根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量；根据上述链路发送成功概率、上述链路发送成功所需要的能量、和上述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量；根据路径上各个链路的上述链路发送所需要的平均能量确定上述不同路径上的能量消耗。最后节点将数据流量调度到能量消耗最小路径上。

本发明实施例中确定某一路径在使用DATA/ACK传输模式时能量消耗的方法可以是：

首先根据解得的流量信息确定链路发送中各个过程的失败概率P_F，如果网络中采用DATA/ACK模式发送，上述各个过程包括两个过程：DATA发送过程、和ACK发送过程，相对应的失败概率为P_FD、和P_FA。

在确定P_FD、和P_FA之前，需要先将流量信息中包含的暴露节点流量信息λ_CS和隐藏节点流量信息λ_HT代入下式确定数据包碰撞概率P_collid

$P_{\mathrm{collid}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{HT}}}{B-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CS}}},\mathrm{if}0\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{HT}}}{B-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CS}}}\≤1\\ 1,\mathrm{else}\end{array}\right.$

其中，B为链路带宽。

P_collid与隐藏节点的数据流量以及信道状态相关。比如，若节点i测得周围有其他节点进行数据发送，则暂时等待；如果检测到信道处于空闲状态，则开始进行数据发送。因而，节点i发送的数据包被碰撞有两个条件，一是节点i处于空闲信道中，二是节点i的隐藏节点同时在进行数据发送，并且数据流量越大碰撞概率就越大。根据上述分析，我们可以看到P_collid的物理意义实际上就是隐藏节点对信道的干扰时间和节点i数据发送时间窗口的比值。上式采用的是归一化方法确定这一概率的：设节点i处信道总时间为1，节点i能够发送数据的时间窗口需要排除掉其他暴露节点的数据发送时间。我们已经假设其他暴露节点数据总流量为λ_CS，因此暴露节点的数据发送时间为λ_CS/B，对应的节点i的数据发送时间窗口为1-λ_CS/B。对应的节点i的隐藏节点对信道的干扰时间为λ_HT/B。

在确定P_FD、和P_FA之前，还需要根据单比特差错概率P₀和数据包长度L确定数据包差错概率P_e

P_e＝1-(1-P₀)^L

其中，L可以是DATA、或ACK数据包长度S_D、或S_A。

根据上面确定出的数据包碰撞概率P_collid和数据包差错概率P_e确定链路发送中各个过程的失败概率P_F

P_F(L)＝1-(1-P_e)(1-P_collid)

P_F链路发送中各个过程的失败概率；当确定P_e时L是DATA数据包的长度S_D时，即L＝S_D时，P_F代表DATA发送过程失败的概率，即P_F＝P_FD；当L＝S_A时，P_F＝P_FA。

然后根据上述链路发送中各个过程的失败概率P_FD、和P_FA确定链路发送成功概率P_S，

P_S＝(1-P_FD)(1-P_FA)，

然后根据数据包长度和每发送/接收1比特数据所需要的能量E_t/E_r确定链路发送成功所需要的能量e_s

e_s＝S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t+S_A×E_r

然后根据上述链路发送中各个过程的失败概率P_FD、和P_FA确定链路发送中各个失败情况概率，如果网络中采用DATA/ACK模式发送，链路发送包括两种失败情况：DATA失败；DATA成功、ACK失败；两种情况下对应的失败概率为P₅、P₆。

P₅＝P_FD

P₆＝(1-P_FD)×P_FA

确定根据上述链路发送中各个失败情况概率确定链路发送中各个失败情况所需要的能量，如果网络中采用DATA/ACK模式发送

e₅＝S_D×E_t

e₆＝S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t

其中，e₅为DATA失败所需要的能量；e₆为DATA成功、ACK失败所需要的能量。

根据上面算出的链路发送中各个失败情况概率P₅、P₆和链路发送中各个失败情况所需要的能量e₅、e₆确定链路发送失败所需要的能量e_f，

e_t＝P₅×e₅+P₆×e₆

其中，e_f为链路发送失败所需要的能量。

然后根据上述链路发送成功概率P_s、上述链路发送成功所需要的能量e_s、和上述链路发送失败所需要的能量e_f确定链路发送所需要的平均能量e₁。一次数据包发送消耗的平均能量为各种重传情况下，消耗能量的平均值。

$e_l=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{SRL}}{\mathrm{\Σ}}}{(1-P_S)}^{k-1}\·P_S\·((k-1)e_f+e_s)+{(1-P_S)}^{\mathrm{SRL}}\·\mathrm{SRL}\·e_f$

其中，SRL(Short Retry Limit)为DATA/ACK模式下或DATA/ACK模式下的重传次数

考虑一条端到端的路径p，包含多段路径1。则在路径p上传输一个数据包的能量消耗为e_p

$e_p=\underset{l\∈p}{\mathrm{\Σ}}{e}_l$

基于上述e_p的确定方法，可以为每条可选路径确定其单位能量消耗，然后将端到端的流量调度到具有最小e_p的路径上，通过周期性的进行流量调度，即可实现网络整体的最小能耗。

本发明实施例通过周期查询网络中不同路径的能量消耗，建立一个更加准确的动态网络模型，这个模型包含不同路径的最新能量消耗情况，通过这一模型，能够更加准确地估计出网络中各个节点受到干扰，发生数据包碰撞的概率，更加准确地确定出最优路径，降低无线网络中的能量消耗，从而达到低功耗流量调度的目的。

图5是本发明实施例无线网络节点结构图，包括：

第一获取模块501，用于周期性地获取各路径的流量信息；

第一处理模块502，用于根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；比如可以用于根据上述暴露节点流量信息以及隐藏节点流量信息确定数据包碰撞概率P_collid；

第二处理模块503，用于根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

第三处理模块504，用于根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗；

第一发送模块505，用于将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送。

上述无线网络节点第一获取模块501包括以下子模块：

子模块一506，用于周期地沿网络中各路径发送PROBE数据包；

子模块二507，用于接收沿网络中各路径返回的REPLY数据包；

子模块三508，用于解析上述REPLY数据包中的流量信息。

上述无线网络节点第二处理模块503包括以下子模块：

子模块四509，用于获取单比特差错概率P₀和数据包长度L；

子模块五510，用于根据数据上述单比特差错概率P₀和数据包长度L确定数据包差错概率P_e；

子模块六511，用于根据上述数据包碰撞概率P_collid和上述数据包差错概率P_e确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率P_F。

上述无线网络节点第三处理模块504包括以下子模块：

子模块七512，用于根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率；

子模块八513，用于根据上述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量；

子模块九514，用于根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量；

子模块十515，用于根据上述链路发送成功概率、上述链路发送成功所需要的能量、和上述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量；

子模块十一516，用于根据路径上各个链路的上述链路发送所需要的平均能量确定上述不同路径上的能量消耗。

本发明实施例中的节点用于完成图1、2、4上述的实施例，在这里不再赘述。

图6是本发明实施例无线网络系统结构图，包括：

无线网络节点一601，用于周期性地获取各路径的流量信息，比如周期地沿网络中不同路径发送PROBE数据包；接收沿网络中不同路径返回的REPLY数据包并将接收到的REPLY数据包发送给第一解析模块；解析上述REPLY数据包中的流量信息并发送给第一处理模块；根据上述流量信息确定数据包碰撞概率；根据上述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；根据上述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定上述各路径上的能量消耗；将数据包沿上述能量消耗最小的路径发送；

无线网络节点二602，用于周期地测量和记录流量信息；接收PROBE数据包；转发第二接收模块接收到的PROBE数据包；接收REPLY数据包；根据上述REPLY数据包中的流量信息生成链路信息表项；将上述链路信息表项填入上述REPLY数据包中，并将REPLY数据包发送给第三发送模块；发送第一装载模块装载的上述REPLY数据包；

无线网络节点三603，用于周期地测量和记录流量信息；接收PROBE数据包；在第二接收模块收到PROBE数据包以后通过REPLY数据包发送第一测量记录模块记录的上述流量信息。

本发明实施例中的系统用于完成图1、2、4上述的实施例，在这里不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台确定机设备(可以是个人确定机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例上述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或至少一个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成至少一个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种流量调度的方法，其特征在于，包括：

获取各路径的流量信息；

根据所述流量信息确定数据包碰撞概率；

根据所述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定所述各路径上的能量消耗；

将数据包沿所述能量消耗最小的路径发送。

2.如权利要求1所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述周期性地获取各路径的流量信息包括：

沿网络中各路径发送PROBE数据包；

接收沿网络中各路径返回的REPLY数据包；

解析所述REPLY数据包中的流量信息。

3.如权利要求1所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述流量信息包括暴露节点流量信息和隐藏节点流量信息。

4.如权利要求3所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据所述流量信息确定数据包碰撞概率包括：

根据所述暴露节点流量信息λ_CS以及隐藏节点流量信息λ_HT确定数据包碰撞概率P_collid

$P_{\mathrm{collid}}=\left\{\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{HT}}}{B-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CS}}},\mathrm{if}0\≤\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{HT}}}{B-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{CS}}}\≤1\\ 1,\mathrm{else}\end{array}\right..$

5.如权利要求3所述的一种流量调度的方法，其特征在于，根据所述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率包括：

获取单比特差错概率和数据包长度，根据数据所述单比特差错概率P0和数据包长度L确定数据包差错概率P_e

P_e＝1-(1-P₀)^L

根据所述数据包碰撞概率P_collid和所述数据包差错概率P_e确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率P_F

P_F(L)＝1-(1-P_e)(1-P_collid)。

6.如权利要求5所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定所述各路径上的能量消耗包括：

根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率；

根据所述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量；

根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量；

根据所述链路发送成功概率、所述链路发送成功所需要的能量、和所述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量；

根据路径上各个链路的所述链路发送所需要的平均能量确定所述不同路径上的能量消耗。

7.如权利要求6所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率包括：

如果网络中采用RTS/CTS模式发送，根据RTS发送过程的失败概率P_FR、CTS发送过程的失败概率P_FC、DATA发送过程的失败概率P_FD、ACK发送过程的失败概率P_FA，确定链路发送成功概率P_FS，其中

P_S＝(1-P_FR)(1-P_FC)(1-P_FD)(1-P_FA)；

如果网络中采用DATA/ACK模式发送，根据DATA发送过程的失败概率P_FD、ACK发送过程的失败概率P_FA，确定链路发送成功概率P_S，其中

P_S＝(1-P_FD)(1-P_FA)。

8.如权利要求6所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据所述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量包括：

如果网络中采用RTS/CTS模式发送，根据待发送的RTS数据包长度S_R、待发送的CTS数据包长度S_C、待发送的DATA数据包长度S_D、所述待发送的ACK数据包长度S_A，每发送1比特数据所需要的能量E_t，和每接收1比特数据所需要的能量E_r，确定链路发送成功所需要的能量e_s，其中

e_s＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t+S_C×E_r+S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t+S_A×E_r

如果网络中采用DATA/ACK模式发送，根据待发送的DATA数据包长度S_D、所述待发送的ACK数据包长度S_A，每发送1比特数据所需要的能量E_t，和每接收1比特数据所需要的能量E_r，确定链路发送成功所需要的能量e_s，其中

e_s＝S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t+S_A×E_r。

9.如权利要求6所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量包括：

根据所述链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送中各个失败情况概率，

如果网络中采用RTS/CTS模式发送，链路发送包括四种失败情况：RTS失败；RTS成功、CTS失败；RTS、CTS成功、DATA失败；RTS、CTS、DATA成功、ACK失败；相对应的失败情况概率为P₁、P₂、P₃、P₄；

P₁＝P_FR

P₂＝(1-P_FR)×P_FC

P₃＝(1-P_FR)×(1-P_FC)×P_FD

P₄＝(1-P_FR)×(1-P_FC)×(1-P_FD)×P_FA

如果网络中采用DATA/ACK模式发送，链路发送包括两种失败情况：DATA失败；DATA成功、ACK失败；相对应的失败情况概率为P₅、P₆；

P₅＝P_FD

P₆＝(1-P_FD)×P_FA

根据所述链路发送中各个失败情况概率确定链路发送中各个失败情况所需要的能量，如果网络中采用RTS/CTS模式发送

e₁＝S_R×E_t

e₂＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t

e₃＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t+S_C×E_r+S_D×E_t

e₄＝S_R×E_t+S_R×E_r+S_C×E_t+S_C×E_r+S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t

其中

e₁为RTS失败所需要的能量

e₂为RTS成功、CTS失败所需要的能量

e₃为RTS、CTS成功、DATA失败所需要的能量

e₄为RTS、CTS、DATA成功、ACK失败所需要的能量；

如果网络中采用DATA/ACK模式发送

e₅＝S_D×E_t

e₆＝S_D×E_t+S_D×E_r+S_A×E_t

其中

e₅为DATA失败所需要的能量

e₆为DATA成功、ACK失败所需要的能量；

根据链路发送中各个失败情况概率和链路发送中各个失败情况所需要的能量确定链路发送失败所需要的能量e_f，如果网络中采用RTS/CTS模式发送

e_f＝P₁×e₁+P₂×e₂+P₃×e₃+P₄×e₄

如果网络中采用DATA/ACK模式发送

e_f＝P₅×e₅+P₆×e₆。

10.如权利要求6所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据所述链路发送成功概率、所述链路发送成功所需要的能量、和所述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量包括：

$e_l=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{SRL}}{\mathrm{\Σ}}}{(1-P_S)}^{k-1}\·P_S\·((k-1)e_f+e_s)+{(1-P_S)}^{\mathrm{SRL}}\·\mathrm{SRL}\·e_f$

其中

SRL(Short Retry Limit，长重试限制)为RTS/CTS模式下或DATA/ACK模式下的重传次数；e₁为链路发送所需要的平均能量。

11.如权利要求6所述的一种流量调度的方法，其特征在于，所述根据路径上各个链路的所述链路发送所需要的平均能量确定所述不同路径上的能量消耗包括：

$e_p=\underset{l\∈p}{\mathrm{\Σ}}{e}_l$

e_p为不同路径上的能量消耗。

12.一种无线网络节点，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于周期性地获取各路径的流量信息；

第一处理模块，用于根据所述流量信息确定数据包碰撞概率；

第二处理模块，用于根据所述数据包碰撞概率确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率；

第三处理模块，用于根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率以及待发送的数据包以及控制包的长度确定所述各路径上的能量消耗；

第一发送模块，用于将数据包沿所述能量消耗最小的路径发送。

13.如权利要求13所述的一种无线网络节点，其特征在于，所述第一获取模块包括：

子模块一，用于周期地沿网络中各路径发送PROBE数据包；

子模块二，用于接收沿网络中各路径返回的REPLY数据包；

子模块三，用于解析所述REPLY数据包中的流量信息。

14.如权利要求13所述的一种无线网络节点，其特征在于，所述第一处理模块具体用于

用于根据所述暴露节点流量信息以及隐藏节点流量信息确定数据包碰撞概率P_collid。

15.如权利要求14所述的一种无线网络节点，其特征在于，所述第二处理模块包括：

子模块四，用于获取单比特差错概率P₀和数据包长度L；

子模块五，用于根据数据所述单比特差错概率P₀和数据包长度L确定数据包差错概率P_e；

子模块六，用于根据所述数据包碰撞概率P_collid和所述数据包差错概率P_e确定各路径中各链路发送中各个过程的失败概率P_F。

16.如权利要求13所述的一种无线网络节点，其特征在于，所述第三处理模块包括：

子模块七，用于根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送成功概率；

子模块八，用于根据所述待发送的数据包以及控制包的长度确定链路发送成功所需要的能量；

子模块九，用于根据所述各路径中各链路发送中各个过程的失败概率确定链路发送失败所需要的能量；

子模块十，用于根据所述链路发送成功概率、所述链路发送成功所需要的能量、和所述链路发送失败所需要的能量确定链路发送所需要的平均能量；

子模块十一，用于根据路径上各个链路的所述链路发送所需要的平均能量确定所述不同路径上的能量消耗。

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