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专利号: 2017101938893
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、基于RBF神经网络的QoS健康度评估;

步骤2、基于健康度的网络态势感知;

步骤3、基于网络态势的QoS协商;

步骤4、动态调整QoS优先级。

2.根据权利要求1所述的面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于:所述步骤1中,基于RBF神经网络的QoS健康度评估的方法为:步骤1a、评估变量的选取:

选择网络延时,丢包率,吞吐量,能量消耗四个网络QoS指标,作为无线传感器网络QoS健康度评估变量;

步骤1b、基函数参数的确定:

1b-1、隐含层初始化,给定初始类中心Cj(1),j=1,2,...,k,k为隐含层节点个数;

1b-2、在第r次迭代中,样本集{xi}分类方法如下:对所有的j,h=1,2,…k,j≠h,若||xi-ch(r)||<||xi-cj(r)||,则xi∈sh(r),其中,xi表示样本集的第i个样本,ch(r)为隐含层节点数为h时的类中心,cj(r)表示隐含层节点数为j时的类中心;

1b-3、令步骤1b-2中得到的sh(r)的新的类中心为ch(r+1),使度量式的值最小,令:最小,(h=1,2,...,k),则 其中Nh为sh(r)中的样本数,Hh为度量式的值;

1b-4、对于全部:h=1,2,…k,若ch(r+1)=ch(r),则终止,否则返回步骤1b-2;

步骤1c、RBF网络权值的确定:

根据学习训练的结果,网络QoS健康度可以用下面这个公式给出:其中, δ是可自选参数,决定着基函数的宽度,k是隐含层结点个数,cj为隐含层节点数为j时的类中心,||x-cj||表示向量的范数,Gj(x)表示第j个基函数对输入向量的响应,Gj为所有Gj(x)形成的矩阵,y是所有yi形成的向量,ωjt则表示隐含层与输出层间的权值,x表示任意一个n维输入向量。

3.根据权利要求1或2所述的面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于:所述步骤2,基于健康度的网络态势感知具体为:

判断当前网络QoS健康度是否小于网络QoS健康度的阀值Th,若否,则网络健康,若是,则再判断网络上一刻的网络QoS健康度是否小于网络QoS健康度的阀值Th,若否,则表示网络健康,若是,则表示网络处于亚健康。

4.根据权利要求1或2所述的面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于:所述步骤3中,QoS协商的策略包括以下要素:

步骤3a、用户提出的应用通过QoS映射后,得到应用QoS指标和相应的权值;提取出这些QoS指标,查询在网络中该项指标是否与网络资源中的指标相符;如果网络不存在该项指标,则反馈给用户,提示不能满足该应用;如果满足则进行步骤3b;

步骤3b、根据网络剩余资源情况,将通过步骤3a判断过的应用进行协商;

网络时刻维护本身的资源剩余情况以及网络态势评估,当步骤3a判断过的应用到来时,比较网络剩余资源与应用QoS指标,判断网络资源能否满足应用需求,决策网络QoS的支持情况;当网络资源不能满足时,则进行如下处理:

3b-1、反馈给用户,协调将应用优先级等级降低处理,以使网络资源能够支持;

3b-2、将该网络中处于较低优先级的应用终止,为新到来的具有高优先级的应用留出资源;

3b-3、拒绝此次应用,反馈用户网络不能满足该项应用。

5.根据权利要求4所述的面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于:所述步骤3b中,对应用的协商方式分为两种:QoS静态协商方式和QoS动态协商方式;

QoS静态协商方式:用户在启动应用程序之前先向QNM提交应用的QoS要求,QNM将之提交资源管理器申请资源,资源管理器根据当前系统的资源情况预留资源,通知资源调度器设置相应的调度参数;

QoS动态协商方式:用户先启动应用,根据系统提供的QoS的实际情况动态地获取QoS需求,QNM将之提交资源管理器协商资源分配,资源管理器再根据分配结果通知资源调度器修改相应的调度参数。

6.根据权利要求1或2或5所述的面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于:所述步骤4中,动态调整QoS优先级的分组调度策略包括基站端调度和用户端调度;

所述基站端调度包括:

4a、分配宽带给不同的业务流:

分配给rtPS、nrtPS和BE业务流的带宽可由下式计算:BWi=BW_PB×fi

BW_PB=BWall-BWUGS-BWr-BWBE其中:BWi是分配给第i种业务流的总时隙,BW_PB是分配给rtPS、nrtPS和BE业务业务流数据的传输时隙,BWall是上行链路子帧的传输总时隙,BWUGS是上行链路子帧中分配给UG业务的传输时隙,BWr分配给rtPS、nrtPS业务的轮询时隙,BWBE是分配给BE业务的带宽请求时隙,fi是第i种服务流的带宽计算因子;

4b、分配带宽给不同的用户:

4b-1、初始化每个用户分配到的带宽;

4b-2、计算剩余带宽;

4b-3、将剩余带宽分配给剩余的用户;

4b-4、对剩余的用户,重复执行步骤4b-2和步骤4b-3;

4b-5、所有的带宽分配完,结束,如果有用户的rtPS业务带宽没有被满足,则在下一帧中继续对其分配;

所述用户端调度包括:

为不同的业务流设计不同的调度算法,在同一种业务流内部的不同队列之间进行数据调度;rtPS业务流实时性要求高,采用EDF算法;nrtPS业务流带宽调度时,为了保证调度的公平性,采用WFQ算法;为了降低BE尽力而为业务流调度的复杂度并保证队列之间调度的公平性,采用分组长度最小的包优先调度算法。

7.根据权利要求3所述的面向无线传感器网络的自适应QoS控制方法,其特征在于:所述步骤4中,动态调整QoS优先级的分组调度策略包括基站端调度和用户端调度;

所述基站端调度包括:

4a、分配宽带给不同的业务流:

分配给rtPS、nrtPS和BE业务流的带宽可由下式计算:BWi=BW_PB×fi

BW_PB=BWall-BWUGS-BWr-BWBE其中:BWi是分配给第i种业务流的总时隙,BW_PB是分配给rtPS、nrtPS和BE业务业务流数据的传输时隙,BWall是上行链路子帧的传输总时隙,BWUGS是上行链路子帧中分配给UG业务的传输时隙,BWr分配给rtPS、nrtPS业务的轮询时隙,BWBE是分配给BE业务的带宽请求时隙,fi是第i种服务流的带宽计算因子;

4b、分配带宽给不同的用户:

4b-1、初始化每个用户分配到的带宽;

4b-2、计算剩余带宽;

4b-3、将剩余带宽分配给剩余的用户;

4b-4、对剩余的用户,重复执行步骤4b-2和步骤4b-3;

4b-5、所有的带宽分配完,结束,如果有用户的rtPS业务带宽没有被满足,则在下一帧中继续对其分配;

所述用户端调度包括:

为不同的业务流设计不同的调度算法,在同一种业务流内部的不同队列之间进行数据调度;rtPS业务流实时性要求高,采用EDF算法;nrtPS业务流带宽调度时,为了保证调度的公平性,采用WFQ算法;为了降低BE尽力而为业务流调度的复杂度并保证队列之间调度的公平性,采用分组长度最小的包优先调度算法。