CN110996351B - 一种用于提高网络服务质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提高网络服务质量的方法，包括如下步骤：计算单跳服务质量参数；对候选节点集中的节点进行排序；判断是否满足单跳服务质量需求；判断结果满足需求，封装成帧并发送到物理层传输，判断结果不满足需求，调整码字长度后进行传输；接收到数据包的节点检测数据包头中的候选节点集是否包含其自身的地址，如果节点被包含在候选节点集中，则根据它们在节点集中的优先级，进行机会地转发数据包；如果节点集中没有检测到自身的地址，则自动丢弃接收到的数据包；本发明利用网络的状态信息，通过算法的跨层协作来自适应分配转发机会和抗干扰码字，达到平衡数据传输时延和误符号率的效果，从整体上提高无线传感网络的服务质量。

Description

一种用于提高网络服务质量的方法
技术领域
本发明涉及一种智能家居的无线传感网络技术，尤其是涉及一种用于提高网络服务质量的方法。
背景技术
无线传感网络具有网络自组织、网络拓扑动态变化、多跳性、节点能耗受限等特点，而无线传感网络的服务质量主要受可靠性和有效性两个相互对立的因素影响，可靠性主要是指网络中传输信息的误码率，有效性是指网络传输信息的时延或网络的吞吐量。要保证系统的可靠性需要付出更多的网络资源；要保证系统的有效性需要减少系统资源的冗余开销，这样就无法保障系统的可靠性。传统的提升网络服务质量的方法主要有优化网络的路由协议，和优化抗干扰编码，在优化一个方面的同时，另一个方面被大大削弱。本发明通过采用自适应机会路由以及服务质量感知的前向纠错算法来提供服务质量，可以兼顾系统的有效性和可靠性，虽然在某一方面未达到最优，但是通过协作的方式可以达到有效提升服务质量的效果，从而从整体上提高系统的服务质量。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种用于提高网络服务质量的方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于提高网络服务质量的方法，包括如下步骤：
S1：在发送节点准备发送数据包时，首先初始化服务质量需求信息，计算出单跳服务质量参数；
S2：请求服务质量需求参数，对候选节点集中的节点进行排序；
S3：计算源节点与每个候选节点之间的服务质量，并判断是否满足单跳服务质量需求；
S4：根据步骤S3的判断结果进行选择，如果判断结果满足需求，直接进入步骤S5，如果判断结果不满足需求，则根据信道编码的码字长度进行调整，然后再进入S5；
S5：根据线性码最小码距下界定理，计算出信道编码的下界；为保证有效传输数据包，在发送节点处必须满足期望有效传输带宽大于等于服务质量需求的传输带宽，计算得出信道编码的上界；然后将码字长度取为上界和下界的中点值；最后前向纠错模块通过给出的码字长度调整信道编码码字的长度，然后将数据包封装成帧发送到物理层等待发送；
S6：接收到数据包的节点检测数据包头中的候选节点集是否包含其自身的地址，如果节点被包含在候选节点集中，则根据它们在节点集中的优先级，进行机会地转发数据包；如果节点集中没有检测到自身的地址，接收节点丢弃接收到的数据包；
所述步骤S2中通过参数接口向服务质量感知的前向纠错模块请求服务质量需求参数信息以获得网络的历史状态信息；然后对下一跳候选节点集中的节点根据状态经验进行排序，然后通过候选集接口送入到服务质量感知的前向纠错模块中供其编码使用；
所述步骤S2中采用自适应机会路由算法对候选节点集中的节点进行排序；
所述步骤S5中服务质量感知的前向纠错模块根据可靠性分析以及有效性分析来调整信道编码码字的长度。
进一步的，可靠性分析是计算发送节点的误符号率，有效性分析是计算发送节点的丢包率。
本发明的有益效果是：本发明基于跨层协作思想提出一种适用于无线传感网络的提高网络服务质量的方法；该方法充分利用网络的状态信息，通过算法的跨层协作来自适应分配转发机会和抗干扰码字，达到平衡数据传输时延和误符号率的效果，从整体上提高无线传感网络的服务质量。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例和说明书附图图1对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制
发送节点第一次发送数据包时，因为没有之前候选节点的排序经验，所以根据原始的链路信息进行排序，对这种情况实际不会出现在发送有用数据的时刻，因为发送节点进入无线传感网络时，要对它周围的网络节点发送注册信息，并且会每隔一定周期对其周围的邻居节点进行监听和探测以维持网络的通信，所以发送节点通常在发送数据前都对其附近的邻居节点的状态信息有历史经验。
对于发送节点，其保存有下一跳候选节点集的信息，候选节点集中包含四个参数：metric---发送节点和每一个下一跳候选节点之间链路的性能参数，可以是误码率或者传输时延；count--候选节点进入前20％的次数；a-机会加权因子，为count的倒函数；address-节点的地址信息；当无线传感网络节点准备发送数据包时，首选初始化以上四个参数的信息使得：count＝0；a＝1；metric和address是从底层获取的链路信息和地址信息；并计算出单跳服务质量参数。
发送节点通过参数接口向服务质量感知的前向纠错模块请求服务质量需求信息以获得网络的历史状态信息；先对转发节点集中的节点进行排序，然后从中按照优先级顺序依次去除节点插入候选节点集中，候选节点集中的所有节点必须能相互通讯，并且每次插入节点时需要使源节点处的平均单跳时延最小，目的是快速逼近且小于服务质量所能容忍的单跳时延，以达到业务需求的服务质量。当源节点处的平均单跳时延小于等于服务质量需求的单跳时延后，将转发节点集中剩余的其他节点依次直接插入到候选节点集的末尾，然后将排好序的候选节点集放入数据包头部并将数据传输到下一层进行处理等待发送，为提高信息的传输效率，候选节点集中保存的是单跳邻居节点的地址信息。最后发送节点需要对下一跳候选节点信息进行更新，更新过程是为了本次进入前20％的候选节点的count自动自增加一，没有进入前20％的候选节点的count减一，然后重新计算a的值并保存，为下一次发送数据做准备。
根据帕雷托原理，分别计算出排序前20％候选节点和剩余候选节点的服务质量的期望值，然后计算出加权平均值，如果加权平均值小于等于单跳服务质量参数，则无需调整码字长度，前向纠错模块将会按照之前设定的码字长度对信息进行编码，然后封装成帧并发送到物理层等待传输；如果不成立说明需要对信道编码的码字长度进行调整。
调整阶段主要为分析阶段和调整码字阶段。分析阶段包括可靠性分析和有效性分析。可靠性分析主要是计算发送节点的误符号率，有效性分析主要关注的是丢包率。
根据线性码最小码距下界定理，计算出信道编码的下界；为保证有效传输数据包，在发送节点处必须满足期望有效传输带宽大于等于服务质量需求的传输带宽，计算得出信道编码的上界；然后将码字长度取为上界和下界的中点值；最后前向纠错模块通过给出的码字长度调整信道编码码字的长度，然后将数据包封装成帧发送到物理层等待发送。
接收到数据包的传感器节点将会检测数据包头中的候选节点集是否包含其自身的地址，如果节点被包含在候选节点集中，则根据他们在节点集中的优先级，进行机会地转发数据包，如果节点集中没有检测到自身的地址，接收节点会自动丢弃接收到的数据包。
对于每一个候选节点，如果正确接收数据包，它会根据自己在节点集中的优先级设定一个计时器并进行倒计时，级别越高的候选节点的计数器数值越小，这样就确保高优先级的节点可以率先转发数据包。当候选转发节点的计时器为零时，它将回复一个确认消息通知发送节点和候选节点集中的其他候选节点，让他们都取消各自的倒计时器。这样通过竞争选定的转发节点就变成真正的下一跳节点。这种通过竞争机会的确定下一跳节点的过程重复，直到目的节点成功接收到想要的数据包位置。
如果没有候选节点发送确认消息通知发送节点这里已经有一个候选节点成功接收到数据包并准备发送，并且如果发送节点采用的是TCP协议，发送节点将会在下一个发送周期中重传之前发送的数据包。
通过上述技术方案，本发明一种适用于无线传感网络的提高网络服务质量的方法，基于自适应机会路由算法与服务质量感知的前向纠错算法通过协作提供服务质量，充分利用网络的状态信息，通过算法的跨层协作来自适应分配转发机会和抗干扰码字，达到平衡数据传输时延和误符号率的效果，从整体上提高网络的服务质量。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种用于提高网络服务质量的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在发送节点准备发送数据包时，首先初始化服务质量需求信息，计算出单跳服务质量参数；
S2：请求服务质量需求参数，对候选节点集中的节点进行排序；
S3：计算源节点与每个候选节点之间的服务质量，并判断是否满足单跳服务质量需求；
S4：根据步骤S3的判断结果进行选择，如果判断结果满足需求，直接进入步骤S5，如果判断结果不满足需求，则根据信道编码的码字长度进行调整，然后再进入S5；
S5：根据线性码最小码距下界定理，计算出信道编码的下界；为保证有效传输数据包，在发送节点处必须满足期望有效传输带宽大于等于服务质量需求的传输带宽，计算得出信道编码的上界；然后将码字长度取为上界和下界的中点值；最后前向纠错模块通过给出的码字长度调整信道编码码字的长度，然后将数据包封装成帧发送到物理层等待发送；
S6：接收到数据包的节点检测数据包头中的候选节点集是否包含其自身的地址，如果节点被包含在候选节点集中，则根据它们在节点集中的优先级，进行机会地转发数据包；如果节点集中没有检测到自身的地址，接收节点丢弃接收到的数据包；
所述步骤S2中通过参数接口向服务质量感知的前向纠错模块请求服务质量需求参数信息以获得网络的历史状态信息；然后对下一跳候选节点集中的节点根据状态经验进行排序，然后通过候选集接口送入到服务质量感知的前向纠错模块中供其编码使用；
所述步骤S2中采用自适应机会路由算法对候选节点集中的节点进行排序；
所述步骤S5中服务质量感知的前向纠错模块根据可靠性分析以及有效性分析来调整信道编码码字的长度。
2.根据权利要求1所述的用于提高网络服务质量的方法，其特征在于：可靠性分析是计算发送节点的误符号率，有效性分析是计算发送节点的丢包率。
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