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传感器与微系统（Transducer andMicrosystemTechnologies）
2016年第35卷第9期
DOI:10.13873/J.10009787(2016)090144-04
WSNs中联合速率控制与时隙分配的效用优化算法
刘韬
（西南民族大学计算机科学与技术学院，四川成都610041）
摘要：针对无线传感器网络（WSNs），提出了一种联合节点数据采集速率控制与时隙分配的(JRCTA)算法效用优化。该算法建立统一速率控制与时隙分配的效用优化模型，将节点数据采集速率的优化控制与基于冲突避免的节点发送时隙分配结合起来，在控制网络延时性能的前提下，最大化汇聚节点在单位时间
内所采集到的数据量。仿真实验结果表明,JRCTA算法具有较好的性能。关键词：无线传感器网络；速率控制；时隙分配；效用优化
中图分类号：TP393
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2016)09-0144-04
Anutilityoptimizationalgorithmbasedonjoint ratecontrolandtimeslotassignmentforwireless
sensornetworks*
LIUTao
(School of Computer Science and Technology,Southwest University for Nationalities,Chengdu 610041,China) Abstract: A joint node data acquiring rate control and timeslot assignment (JRCTA) algorithm is proposed for wireless sensor networks ( WSNs ). An unified utility optimization model based on rate control and timeslot assignment is established, the optimization eontrol of data sampling rate is combined with timeslot assigmment collision avoidance. It can maximize total quantity of data collected by sink node per unit time on the premise that end-to-end delay is restricted, Simulation results show that JRCTA algorithm performs well.
Key words: wireless sensor networks( WSNs) ; rate control; timeslot assignment; utility optimization
引言 0
在环境监测等传感器网络应用中，汇聚（sink）节点总是希望能够尽可能多地接收到来自各节点的感应数据，以达到增加监测准确性的目的。但由于节点间的相互干扰，每个节点的感应数据发送速率会受到限制，这就要求对各节点的感应数据采集速率进行优化控制；另外，为避免不同节点间的信号冲突，还要对各节点的工作时隙进行分配。
文献[1]针对网络流量的实时性和可靠性要求，提出一种基于优先级的服务区分速率控制策略，根据上游节点的优先级调整上游节点的发送速率；文献[2]提出了一种基于云模型的无线传感器网络（WSNs）拥塞和速率控制策略，通过节点拥塞度检测调节节点输入速率，但是没有考虑信号冲突及节点间相互干扰对节点发送速率的影响；文献[3]构建满足最小重传时延约束的传输层包长调整方程和实现方法，最终建立适合WSNs的速率调整机制，但是该
方法并末考虑冲突，也未考虑节点的路由机制；文献[4]则将WSNs中的最大化吞吐量问题转换为最大流问题，但该研究同样没有考虑冲突、干扰等因索；文献[5]提出为控制误码率，网络中每个节点自适应的调节自已的数据发送速率，但是该协议只能适用于单跳网络中；文献[6]针对太阳能传感网的分布式数据采样率控制算法，通过调节节点在每个时段的采样率来控制节点的能耗，并优化网络效用。上述算法虽能优化节点的发送速率，但是均没有考虑信号冲突与数据时延性能。
针对现有研究的不足，本文提出了一种联合节点数据采集速率控制与时院分配（joint node data acquiring rate control and timeslot assignment，JRCTA）跨层优化算法。该算法在冲突避免的基础上，以最大化效用为目标，通过基于对偶分解的分布式求解算法，优化分配节点的工作时隙以及节点的感应数据采集速率，从而在提高汇聚节点单位时间内的数据采集量和节点的延时性能间获得较佳平衡。
收稿日期：2015-10-21
·基金项目：国家民委科研项目（14XNZ030）；四川省教育厅科研重点项目（15ZA0395）