无线多媒体传感器网络（WMSN）中用于QoS保障的队列管理算法

### 无线多媒体传感器网络（WMSN）中用于QoS保障的队列管理算法 #### 1. 流量类型及优先级标记 在无线多媒体传感器网络（WMSN）中，不同类型的流量需要不同的服务质量（QoS）保障。为了区分流量类型和设置每个数据包的优先级，采用了类型字段（Type Field）和优先级字段（Priority Field）。优先级分为三种颜色标记：绿色（Green）表示最高优先级，保证优先发送且不惜一切代价及时送达；红色（Red）表示最低优先级，在拥塞发生时首先被丢弃，但即使丢失，其中的数据也可通过其他数据包传输；黄色（Yellow）则处于两者之间，享受中等服务。 | 优先级颜色 | 描述 | | ---- | ---- | | 绿色（Green） | 最高优先级，保证优先发送且及时送达 | | 黄色（Yellow） | 中等优先级，享受中等服务 | | 红色（Red） | 最低优先级，拥塞时首先丢弃 | ##### 1.1 周期性监测流量（Periodic Monitoring Traffic） 周期性监测流量用于监测环境数据，如温度、湿度等，以秒或几十秒为单位进行数据采集并传输到汇聚节点。当环境数据没有显著变化时，数据值通常不会改变，但仍需要进行数据传输。 - **优先级标记算法**： - 源节点将当前数据包与前一个周期和前两个周期的数据包进行比较。 - 如果当前数据包与前一个周期和前两个周期的数据包差异都小于α，则将优先级字段标记为红色。 - 如果当前数据包与前一个周期的数据包差异小于α，但与前两个周期的数据包差异大于α，则标记为黄色。 - 如果当前数据包与前一个周期的数据包差异大于α，则标记为绿色并发送数据包。 ```plaintext data(t-2T) : Data estimated at 2 cycle-periodic unit data(t-T) : Data estimated at previous periodic unit data(T) : Data current estimated Red_count : The number of packets that are marked as RED continuously. Red_THRE : maximum number of packet that are marked as RED continuously Initialize : Red_count = 0; Red_THRE = α; When Period Monitoring Data are generated : if(|data(t-T) - data(T)| / max(data(t-T),data(T))<α) { if (| data(t-2T) - data(T)| / max(data(t-2T),data(T))< α) { Priority_Field = "RED"; Red_count++; } else { Priority_Field = "YELLOW"; Red_count = 0; } } else { Priority_Field = "GREEN"; Red_count = 0; } ``` - **路径选择**：绿色数据包通过最短路径发送，黄色和红色数据包通过其他路径发送。这样可以避免所有数据包都集中在最短路径上，导致网络拥塞，提高资源利用率和网络性能。 ```mermaid graph LR A[生成周期性监测数据] --> B{|data(t-T) - data(T)| / max(data(t-T),data(T)) < α?} B -- 是 --> C{|data(t-2T) - data(T)| / max(data(t-2T),data(T)) < α?} C -- 是 --> D[标记为红色] C -- 否 --> E[标记为黄色] B -- 否 --> F[标记为绿色] D --> G[发送数据包（其他路径）] E --> G F --> H[发送数据包（最短路径）] ``` ##### 1.2 事件流量（Event Traffic） 事件流量被指定为最高服务质量级别，以提供最高的可靠性和最小的延迟。由于WMSN节点密度高，当事件发生时，多个节点会捕获相似的数据并尝试传输到汇聚节点，导致高优先级数据包涌入网络，可能引发网络拥塞。 - **优先级标记算法**： - 头节点（Header node）无条件标记为绿色。 - 其他节点根据检测到同一事件的节点数量（E_num）和随机变量（Pro）来标记优先级。 - 当E_num > 6时，根据Pro的值将数据包标记为绿色、黄色或红色。 - 当2 < E_num <= 6时，同样根据Pro的值进行标记。 - 当E_num <= 2时，所有数据包标记为绿色。 ```plaintext E_num : Number of nodes that sense the same e ```