專利名稱：自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法、傳感器節(jié)點及傳感器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)，尤其涉及自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法、傳感器節(jié)點及傳感器網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，簡稱WSN)是一種由大量低復(fù)雜度的傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的無線網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由傳感模塊、處理模塊、通信模塊和電源模塊組成，完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)三項基本功能。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性、易部署和可擴展等特點。新一代更小、更廉價的低功耗設(shè)備的產(chǎn)生、分布式計算帶來的數(shù)據(jù)計算與處理能力的提高以及微機電系統(tǒng)的發(fā)展使得發(fā)展低成本、低功耗、 小體積、短距離通訊的多功能傳感器成為可能，奠定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要固定網(wǎng)絡(luò)支持，具有快速展開、抗毀性強等特點，可廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、建筑、倉儲、智能家居、環(huán)保等領(lǐng)域，引起了人們廣泛關(guān)注。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性，導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)對操作系統(tǒng)的要求相對于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)有較大的差異。因此，需要針對傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣性、硬件功能有限、資源有限、節(jié)點微型化等特點，研究和設(shè)計新的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)和相關(guān)軟件。TinyOS是目前傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有代表性的一種操作系統(tǒng)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)計中，無線通信射頻模塊是不可缺少的一部分。隨著 IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，世界各大無線芯片生產(chǎn)廠商陸續(xù)推出了支持IEEE802. 15. 4的無線收發(fā)芯片。其中Chipcon公司推出的CCM20是比較有代表性的產(chǎn)品。對等網(wǎng)絡(luò)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種非常重要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。一種常見的對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比具有一些結(jié)構(gòu)和技術(shù)上的不同。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點一般都是相同的，通常只允許和節(jié)點最近的鄰居通信。在無線對等網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點都具有相同的功能，無主從之分，網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點既可以服務(wù)于其它節(jié)點，為其它節(jié)點提供資源，也可以享受其它節(jié)點服務(wù)，利用其它節(jié)點提供的資源。由于各節(jié)點的平等地位，在不存在控制節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)資源的情況下，傳感器節(jié)點自身應(yīng)具有一定的智能，即自適應(yīng)調(diào)節(jié)的能力。通過每個節(jié)點自身的自我調(diào)節(jié)達(dá)到改變網(wǎng)絡(luò)的資源分配、提高能量使用效率和提高QoS的效果。目前傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中實現(xiàn)節(jié)能和提高QoS的許多方法，是通過傳感器節(jié)點獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，然后實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的參數(shù)調(diào)節(jié)，是一種自下而上的控制調(diào)節(jié)方式，比如基于CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，載波偵聽多點接入/沖突避免)和AODV (Ad Hoc on Demand Distance Vector，無線自組網(wǎng)按需平面距離矢量路由)機制的各種研究與應(yīng)用。但是，這樣的方法存在一定的局限性，由于需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，需要額外消耗一定的通信開銷，從而過多地消耗了通信資源。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上提出的一個或多個技術(shù)問題，提供了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法。該自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法包括采集信息數(shù)據(jù)；根據(jù)所述信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；根據(jù)指標(biāo)要求對所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。本專利申請所公開的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法通過自上而下的控制調(diào)節(jié)方式，不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，降低了通信資源的消耗，增強了節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。另外，還可以通過將提取的反映信息自相關(guān)性的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。還提供了一種傳感器節(jié)點，包括采集模塊，用于采集信息數(shù)據(jù)；提取模塊，用于根據(jù)所述信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；排序模塊，用于根據(jù)指標(biāo)要求對所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述排序模塊的排序結(jié)果，調(diào)節(jié)所述傳感器節(jié)點的協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。本專利申請所公開的傳感器節(jié)點采用了自上而下的調(diào)節(jié)方式，由于不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，從而降低了通信資源的消耗，使自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力得到增強。另外，還可以通過將提取的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。還提供了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有如上所述的傳感器節(jié)點。本專利申請所公開的傳感器網(wǎng)絡(luò)采用了自上而下的調(diào)節(jié)方式，不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，從而降低了通信資源的消耗，使自適應(yīng)調(diào)解能力得到增強。另外，還可以通過將提取的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。


圖1示出了對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種邏輯示意圖；圖2示出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法的一個實施例的流程圖；圖3示出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法的另一實施例的流程圖；圖4示出了傳感器節(jié)點的一個實施例的框圖；圖5示出了傳感器節(jié)點的另一實施例的框圖；圖6示出了圖5示出的傳感器節(jié)點的另一實施例中使用的中間件模塊的一個實施例的功能說明圖；以及圖7示出了 IEEE802. 15. 4物理層在2. 4GHz到2. 4835GHz之間提供了 16個無線
信道的示意圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步的詳細(xì)描述。
盡管在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實施例。圖2示出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法的一個實施例的流程圖。如圖2所示，該自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法包括步驟202，采集信息數(shù)據(jù)；步驟204，根據(jù)信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；步驟206，根據(jù)指標(biāo)要求對至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序； 步驟208，根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。根據(jù)圖2所示的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，由于采用了由上至下的調(diào)節(jié)方式，不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，降低了通信資源的消耗，增強了節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。另外，還可以通過將提取的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，步驟204具體為設(shè)置預(yù)處理規(guī)則；根據(jù)預(yù)處理規(guī)則對信息數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提取出至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量。預(yù)處理規(guī)則的設(shè)置，可以降低信息復(fù)雜程度和解析信息內(nèi)部的聯(lián)系。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，該自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法還包括設(shè)置中間參數(shù)集，中間參數(shù)集包括與每個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)值。由于設(shè)置了中間件參數(shù)集，能夠為每個反映信息自相關(guān)性的控制變量保存可選參數(shù)集?？蛇x參數(shù)集中可以對可選參數(shù)集中的參數(shù)進行排序，序號越小的參數(shù)越有利于提高指標(biāo)，序號越大的參數(shù)越有利于增加休眠時間。通過這種方式，與根據(jù)指標(biāo)要求對至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序一起可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點性能的雙循環(huán)控制。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值的步驟具體為查詢中間參數(shù)集，根據(jù)排序結(jié)果，為與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)確定優(yōu)化值；根據(jù)與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的優(yōu)化值及與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值的步驟具體為確定所述中間參數(shù)集中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的參數(shù)值的變化區(qū)間，并在所述變化區(qū)間中選擇所述可選參數(shù)的優(yōu)化值；根據(jù)與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。另外，還可以通過將提取的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，排序是通過為至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量賦予不同的權(quán)重來實現(xiàn)的。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法可應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，在采集信息數(shù)據(jù)的步驟中，信息數(shù)據(jù)為外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，指標(biāo)要求為QoS指標(biāo)要求。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)可以包括溫度、濕度、亮度、加速度、聲強、壓力等等。在上述技術(shù)方案中，由于不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，從而降低了通信資源的消耗，增強了節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)調(diào)解能力。另外，還可以通過將提取的反映信息自相關(guān)性的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。圖3示出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法的另一實施例的流程圖。如圖3所示，示出了以傳感器節(jié)點為例，在不控制其它外部節(jié)點的情況下，傳感器節(jié)點的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法。在該示例中， 將傳感器節(jié)點采集到的環(huán)境或應(yīng)用場景信息作為節(jié)點自適應(yīng)調(diào)節(jié)的驅(qū)動事件，實現(xiàn)自上而下的控制。具體步驟包括步驟302，在節(jié)點初始化時，設(shè)定統(tǒng)一消息預(yù)處理準(zhǔn)則與門限，預(yù)處理準(zhǔn)則以降低信息復(fù)雜度和解析信息內(nèi)部的聯(lián)系為目的，預(yù)處理準(zhǔn)則與預(yù)處理門限的結(jié)合使用是為能夠獲取所需要的控制信息。步驟304，傳感器節(jié)點根據(jù)規(guī)定的采樣速率和采樣精度采集外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)；步驟306，經(jīng)過信息的預(yù)處理后，提取控制參數(shù)；步驟308，將QoS性能指標(biāo)的要求設(shè)定為約束條件；步驟310，根據(jù)步驟308的約束條件對步驟306的控制參數(shù)進行賦優(yōu)先權(quán)操作；步驟312，根據(jù)控制參數(shù)所賦予的優(yōu)先權(quán)，查詢中間件參數(shù)集進行優(yōu)化，找到與控制參數(shù)相匹配的中間件參數(shù)；步驟314，根據(jù)步驟312確定的中間件參數(shù)與協(xié)議棧中參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，計算出協(xié)議棧中相應(yīng)參數(shù)的參數(shù)值。圖4示出了傳感器節(jié)點的一個實施例的框圖。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供了一種傳感器節(jié)點400，包括采集模塊402，用于采集信息數(shù)據(jù)；提取模塊404，用于根據(jù)信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；排序模塊406，用于根據(jù)指標(biāo)要求對至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；調(diào)節(jié)模塊408，用于根據(jù)排序模塊的排序結(jié)果，調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點的協(xié)議棧中與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。根據(jù)本專利申請所公開的傳感器節(jié)點通過采用自上而下的方式，不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，降低了通信資源的消耗，增強了自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。 在上述技術(shù)方案中，由于不需要獲取通信信道和網(wǎng)絡(luò)中的信息作為驅(qū)動事件，從而降低了通信資源的消耗，增強了節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)調(diào)解能力。另外，還可以通過將提取的反映信息自相關(guān)性的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，提取模塊404包括設(shè)置模塊410，用于設(shè)置預(yù)處理規(guī)則；預(yù)處理模塊412，用于根據(jù)設(shè)置模塊設(shè)置的預(yù)處理規(guī)則，對信息數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，提取出至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，調(diào)節(jié)模塊408可以包括中間件模塊414和協(xié)議棧參數(shù)確定模塊416。中間件模塊414可以包括中間參數(shù)集設(shè)置子模塊4142，用于設(shè)置中間參
7數(shù)集，中間參數(shù)集包括用于傳感器的每個反映信息自相關(guān)性的控制變量的可選參數(shù)值；查詢子模塊4144，查詢中間參數(shù)設(shè)置子模塊4142設(shè)置的中間參數(shù)集，根據(jù)來自排序模塊406 的排序結(jié)果，為與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)確定優(yōu)化值， 還用于確定所述中間參數(shù)集中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的參數(shù)值的變化區(qū)間，并在所述變化區(qū)間中確定所述可選參數(shù)的優(yōu)化值。協(xié)議棧參數(shù)確定模塊416根據(jù)查詢子模塊4144確定的與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的優(yōu)化值以及與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，排序可以是通過為至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量賦予不同的權(quán)重來實現(xiàn)的。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，信息數(shù)據(jù)可以為外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，指標(biāo)要求為 QoS指標(biāo)要求。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)可以包括溫度、濕度、亮度、加速度、聲強、壓力等等。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的傳感器節(jié)點的另一實施例的框圖。在該圖中，示出了在根據(jù)本發(fā)明的傳感器節(jié)點內(nèi)，預(yù)處理模塊502以及中間件模塊504與協(xié)議棧中各個控制層之間的連接關(guān)系。預(yù)處理模塊502 從采集到的環(huán)境或應(yīng)用場景數(shù)據(jù)中解析出控制信息。預(yù)處理模塊502可以是軟件模件，也可以是獨立的硬件模塊。軟件模件設(shè)計時要考慮到傳感器節(jié)點處理速度和內(nèi)存大小的限制。為提高處理性能，一般采用硬件模塊。由于添加了預(yù)處理模塊502，從而在感知外部環(huán)境信息的基礎(chǔ)上對信息進行初步預(yù)處理的能力。中間件模塊504 作為節(jié)點操作系統(tǒng)的一個組成部分。中間件模塊504為每個反映信息自相關(guān)性的控制變量保存一個可選參數(shù)集?？蛇x參數(shù)集中包含的參數(shù)實現(xiàn)排序序號越小的參數(shù)越有利于提高QoS，序號越大的參數(shù)越有利于增加休眠時間。通過這種方式，與根據(jù)指標(biāo)要求對至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序一起實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點性能的雙循環(huán)控制。中間件模塊504可以連接到協(xié)議棧的各個控制層，包括應(yīng)用層506、傳輸層508、網(wǎng)絡(luò)層510、MAC層512、以及物理層514。協(xié)議棧的這些控制層的控制對象包括 消息模型、路由選擇、占空比設(shè)置、工作與休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換等。由于添加了中間件模塊504，可以對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的各層參數(shù)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，例如，調(diào)節(jié)消息模型的配置、路由的選定、跳數(shù)的限定、節(jié)點占空比的設(shè)置、采用競爭機制時優(yōu)先權(quán)的設(shè)置、采樣速率的設(shè)置、工作頻率的選擇、緩存區(qū)的大小設(shè)置等。根據(jù)本發(fā)明的實施例，借助傳感器節(jié)點操作系統(tǒng)的設(shè)計，可以將信息的處理與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、MAC層和物理層的設(shè)計與應(yīng)用結(jié)合，通過優(yōu)化來實現(xiàn)提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的目的。如圖6所示，中間件模塊504的作用歸納為以下幾點(1)通信與信息處理之間的橋梁；(2)自上而下控制關(guān)系的通道；(3)存儲用于優(yōu)化的協(xié)議棧各層控制變量的可選參數(shù)集；(4)控制變量間的新的邏輯組合，建議協(xié)議棧可優(yōu)化變量之間、與查詢索引之間的新的組合關(guān)系；(5)在自上而下的控制關(guān)系與自下而上的控制關(guān)系之間起到協(xié)調(diào)器的作用。下面將進一步描述部分基于上述方案，實現(xiàn)節(jié)能和提高QoS的具體實施方式
。在該實施方式中，光傳感器采集外部環(huán)境中的光強信息；信息的預(yù)處理模塊對采集到的光強每隔一定周期求差值并設(shè)置若干差值大小比較門限。根據(jù)比較門限，差值越大， 優(yōu)先權(quán)越高。IEEE 802. 15. 4是IEEE標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會針對低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(low-rate wireless personal area network, LR-ffPAN)制定的標(biāo)準(zhǔn)，是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最重要的協(xié)議和無線通信平臺之一。IEEE802. 15. 4物理層在2. 4GHz到2. 4835GHz之間提供了 16 個無線信道，如圖7所示。另外，在IEEE802. 15. 4協(xié)議的實現(xiàn)芯片(比如TI公司的CCM20) 中提供了多個候選功率可供配置。在IEEE802. 15. 4MAC層中，信標(biāo)管理和信道訪問控制是子層的二個重要功能，這些功能可以通過超幀實現(xiàn)。在LR-WPAN信標(biāo)使能模式中，超幀將通信時間劃分為活躍期(active portion)和不活躍期(inactive portion)兩個部分。活躍期劃分為三個階段信標(biāo)幀發(fā)送時段、競爭訪問時段(contention access period, CAP)和非競爭訪問時段(contention-free period, CFP)，CAP用于節(jié)點通過時隙CSMA/CA算法競爭信道資源；CFP用于為特定應(yīng)用分配特定的信道資源，主要是為了滿足對通信時延和帶寬要求較高的應(yīng)用。在不活躍期，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備不會相互通信，將進入低功耗的休眠狀態(tài)以節(jié)省能量。針對IEEE802. 15. 4協(xié)議，根據(jù)預(yù)處理模塊處理后的結(jié)果，在物理層中，可以提取頻率和功率作為要調(diào)節(jié)的控制變量。頻率的自適應(yīng)控制對優(yōu)先權(quán)高的信息，可以選擇使用較少的頻點，以提高消息傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量和消息傳輸?shù)膶崟r性，對優(yōu)先權(quán)低的信息，可以選擇使用較多的頻點，在頻域的使用上，將更多的頻率資源供優(yōu)先權(quán)高的消息使用。功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)對優(yōu)先級高的信息，可以加大發(fā)射功率，以提高消息傳送的實時性和可靠性。對優(yōu)先級低的信息，可以降低發(fā)射功率，提高能量的利用效率。在此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述的頻率的自適應(yīng)控制和功率的自適應(yīng)調(diào)節(jié)可以分開單獨使用，也可以根據(jù)指標(biāo)的要求，根據(jù)優(yōu)先權(quán)來組合使用。同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該理解，在預(yù)處理模塊后，還可以通過中間件模塊來為預(yù)處理模塊確定的控制變量確定優(yōu)化值。針對IEEE802. 15. 4協(xié)議，在MAC層中，可以將計數(shù)器要計數(shù)的個數(shù)作為控制變量。計數(shù)器的自適應(yīng)控制在超幀結(jié)構(gòu)中，信標(biāo)的發(fā)送周期(beacon interval, Bi)定義為兩個連續(xù)信標(biāo)幀之間的時間間隔。在BI確定的條件下，為實現(xiàn)節(jié)能，在傳感器節(jié)點中可以設(shè)置計數(shù)器，計數(shù)器的作用是計算BI的個數(shù)以控制活躍期是在每一個超幀中都出現(xiàn)， 還是每隔多少個BI出現(xiàn)一次。根據(jù)前面確定好的優(yōu)先權(quán)，在優(yōu)先權(quán)最高的情況下，活躍期在每個超幀中均出現(xiàn)，為該節(jié)點數(shù)據(jù)的傳輸保證盡可能多的活躍時間，通過這種方式保證 QoS及時描述環(huán)境信息的變化；在優(yōu)先權(quán)最低的情況下，可以通過將計數(shù)器設(shè)為最大值，使得活躍期在BI中出現(xiàn)的時間達(dá)到最長。通過延長活躍期出現(xiàn)的時間，可以增加該節(jié)點在非活躍期休眠的時間，從而有效節(jié)省能量。當(dāng)優(yōu)先權(quán)取值在最高與最低之間時，可以根據(jù)節(jié)能或QoS的要求確定計數(shù)器的具體值來為該節(jié)點選擇活躍期合適的出現(xiàn)時間。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該理解，在預(yù)處理模塊后，還可以通過中間件模塊來為預(yù)處理模塊確定的控制變量確定優(yōu)化值。根據(jù)本發(fā)明的實施例提出的方法也可適用于網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層的一種可能的實施方式為將路由作為控制變量。路由的自適應(yīng)控制對優(yōu)先權(quán)高的信息，可以選擇網(wǎng)絡(luò)擁塞情況較少的路由，以提高QoS，對優(yōu)先權(quán)低的信息，可以選擇網(wǎng)絡(luò)擁塞情況較多的路由，以便產(chǎn)生或提供沖突少的路由供優(yōu)先權(quán)高的消息使用。傳輸層的一種可能的實施方式為將傳輸協(xié)議作為控制變量。傳輸協(xié)議的自適應(yīng)控制對優(yōu)先權(quán)高的信息，可以選擇可靠性較高的傳輸方式，對優(yōu)先權(quán)低的信息，可以選擇可靠性較低的傳輸方式。應(yīng)用層的一種可能的實施方式為將消息的發(fā)送周期作為控制變量。消息發(fā)送周期的自適應(yīng)控制對優(yōu)先權(quán)高的信息，可以縮小消息的發(fā)送周期，以提高消息傳輸?shù)念l率，提升QoS ；對優(yōu)先權(quán)低的信息，可以增大消息的發(fā)送周期，以節(jié)省能量。在此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述的各種控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)可以獨立進行，也可以根據(jù)指標(biāo)的要求，根據(jù)優(yōu)先權(quán)來組合進行。同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)該理解，在預(yù)處理模塊后，還可以通過中間件模塊來為預(yù)處理模塊確定的控制變量確定優(yōu)化值。盡管上述以協(xié)議棧的各個控制層中的控制變量為例描述了根據(jù)本發(fā)明的實施例的傳感器節(jié)點的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法同樣可以應(yīng)用于其他控制變量，并且可以同時應(yīng)用于不同控制層中的不同控制變量，從而實現(xiàn)根據(jù)外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)來實現(xiàn)自上而下的控制。綜上，根據(jù)本發(fā)明的實施例的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法、傳感器節(jié)點及傳感器網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)用預(yù)處理模塊，在感知外部環(huán)境信息的基礎(chǔ)上對信息進行初步預(yù)處理，降低了信息復(fù)雜度并解析出信息內(nèi)部的聯(lián)系，通過中間件模塊，建立了自上而下控制關(guān)系的通道，在自上而下的控制關(guān)系與自下而上的控制關(guān)系之間起到協(xié)調(diào)器的作用，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議各層參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。并且，由于采用中間件模塊的形式，使維護和更新系統(tǒng)更加簡單。另外，還可以通過將提取的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。關(guān)于包括以上實施例1 η的實施方式，還公開下述的附記。1. 一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括采集信息數(shù)據(jù)；根據(jù)所述信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；根據(jù)指標(biāo)要求對所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；以及根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。2.根據(jù)附記1所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，還包括設(shè)置中間參數(shù)集，所述中間參數(shù)集包括與每個控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的參數(shù)值。3.根據(jù)附記2所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值的步驟具體為查詢所述中間參數(shù)集，根據(jù)所述排序結(jié)果，為與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)確定優(yōu)化值；以及根據(jù)與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。4.根據(jù)附記2所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值的步驟具體為確定所述中間參數(shù)集中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的參數(shù)值的變化區(qū)間，并在所述變化區(qū)間中選擇所述可選參數(shù)的優(yōu)化值；以及根據(jù)與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。5.根據(jù)附記1至4中任一項所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述排序是通過為所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量賦予不同的權(quán)重來實現(xiàn)的。6.根據(jù)附記1至4中任一項所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在所述采集信息數(shù)據(jù)的步驟中，所述信息數(shù)據(jù)為外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，所述指標(biāo)要求為QoS指標(biāo)要求。7. 一種傳感器節(jié)點，其特征在于，包括采集模塊，用于采集信息數(shù)據(jù)；提取模塊，用于根據(jù)所述信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；排序模塊，用于根據(jù)指標(biāo)要求對所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；以及調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述排序模塊的排序結(jié)果，調(diào)節(jié)所述傳感器節(jié)點的協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。8.根據(jù)附記7所述的傳感器節(jié)點，其特征在于，所述調(diào)節(jié)模塊包括中間件模塊，包括中間參數(shù)集設(shè)置子模塊，用于設(shè)置中間參數(shù)集，所述中間參數(shù)集包括與所述傳感器相對應(yīng)的每個控制變量的可選參數(shù)值；以及查詢子模塊，用于查詢所述中間參數(shù)設(shè)置子模塊設(shè)置的中間參數(shù)集，根據(jù)來自所述排序模塊的所述排序結(jié)果，為與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)確定優(yōu)化值，還用于確定所述中間參數(shù)集中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的參數(shù)值的變化區(qū)間，并在所述變化區(qū)間中確定所述可選參數(shù)的優(yōu)化值；以及協(xié)議棧參數(shù)確定模塊，根據(jù)所述查詢子模塊確定的與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。9.根據(jù)附記7或8所述的傳感器節(jié)點，其特征在于，所述排序是通過為所述至少一個控制變量賦予不同的權(quán)重來實現(xiàn)的。10.根據(jù)附記7或8所述的傳感器節(jié)點，其特征在于，所述信息數(shù)據(jù)為外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，所述指標(biāo)要求為QoS指標(biāo)要求。11. 一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，具有根據(jù)附記7至9中任一項所述的傳感器節(jié)
點ο
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括 采集信息數(shù)據(jù)；根據(jù)所述信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量； 根據(jù)指標(biāo)要求對所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；以及根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，還包括設(shè)置中間參數(shù)集，所述中間參數(shù)集包括與每個控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的參數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值的步驟具體為查詢所述中間參數(shù)集，根據(jù)所述排序結(jié)果，為與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)確定優(yōu)化值；以及根據(jù)與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值的步驟具體為確定所述中間參數(shù)集中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的參數(shù)值的變化區(qū)間，并在所述變化區(qū)間中選擇所述可選參數(shù)的優(yōu)化值；以及根據(jù)與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述排序是通過為所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量賦予不同的權(quán)重來實現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，在所述采集信息數(shù)據(jù)的步驟中，所述信息數(shù)據(jù)為外部環(huán)境的信息數(shù)據(jù)，所述指標(biāo)要求為QoS指標(biāo)要求。
7.—種傳感器節(jié)點，其特征在于，包括 采集模塊，用于采集信息數(shù)據(jù)；提取模塊，用于根據(jù)所述信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量； 排序模塊，用于根據(jù)指標(biāo)要求對所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；以及調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述排序模塊的排序結(jié)果，調(diào)節(jié)所述傳感器節(jié)點的協(xié)議棧中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器節(jié)點，其特征在于，所述調(diào)節(jié)模塊包括 中間件模塊，包括中間參數(shù)集設(shè)置子模塊，用于設(shè)置中間參數(shù)集，所述中間參數(shù)集包括與所述傳感器相對應(yīng)的每個控制變量的可選參數(shù)值；以及查詢子模塊，用于查詢所述中間參數(shù)設(shè)置子模塊設(shè)置的中間參數(shù)集，根據(jù)來自所述排序模塊的所述排序結(jié)果，為與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可選參數(shù)確定優(yōu)化值，還用于確定所述中間參數(shù)集中與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的參數(shù)值的變化區(qū)間，并在所述變化區(qū)間中確定所述可選參數(shù)的優(yōu)化值；以及協(xié)議棧參數(shù)確定模塊，根據(jù)所述查詢子模塊確定的與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)的所述優(yōu)化值及與所述至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的所述可選參數(shù)與所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，確定所述協(xié)議棧中的可控參數(shù)的參數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的傳感器節(jié)點，其特征在于，所述排序是通過為所述至少一個控制變量賦予不同的權(quán)重來實現(xiàn)的。
10.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，具有根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的傳感器節(jié)點ο
全文摘要
一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法，包括采集信息數(shù)據(jù)；根據(jù)信息數(shù)據(jù)提取至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量；根據(jù)指標(biāo)要求對至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量進行排序；根據(jù)排序結(jié)果調(diào)節(jié)協(xié)議棧中與至少一個反映信息自相關(guān)性的控制變量相對應(yīng)的可控參數(shù)的參數(shù)值。該自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法實現(xiàn)了節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的自上而下的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。還提供了一種傳感器節(jié)點和一種具有如上所述的傳感器節(jié)點的傳感器網(wǎng)絡(luò)。另外，還可以通過將提取的控制變量與協(xié)議棧中收到的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信情況的變量根據(jù)指標(biāo)要求進行組合優(yōu)化，從而可以實現(xiàn)雙向控制，進一步提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。
文檔編號H04L12/56GK102480465SQ201010557020
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者林強, 田軍 申請人:富士通株式會社