[發(fā)明專利]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸方法、節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110150857.8
• 申請日: 2011-06-07
• 公開（公告）號: CN102223683B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛濤;杜軍朝;劉惠;劉傳益;鄧清哲;張捷;王利敏;李旋;李曉軍;賀文;陳文婧;郭江坤
• 申請（專利權(quán)）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: H04W28/14
• 分類號: H04W28/14;H04W40/24
• 代理公司: 北京康信知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11240
• 代理人: 余剛,梁麗超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，具體而言，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸方法、節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及多學(xué)科高度交叉、知識高度集成。它能夠通過各種各樣集成化的微型傳感器節(jié)點(diǎn)相互協(xié)作、實(shí)時(shí)地監(jiān)測和采集環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并及時(shí)地將這些信息通過各種無線方式發(fā)送，以自組織多跳的方式傳輸?shù)接脩艚K端，從而實(shí)現(xiàn)物理世界、信息世界以及人類世界的連通。如果說因特網(wǎng)改變了人與人之間的交流方式，那么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就改變?nèi)伺c自然交互的方式，是因特網(wǎng)向物理世界的延伸。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad Hoc Network，MANET)，是資源受限的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的電源能量、通信能力、存儲(chǔ)計(jì)算能力都很有限，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所支持的路由協(xié)議需要考慮這些因素，不能太過復(fù)雜。而傳統(tǒng)的路由協(xié)議缺少對節(jié)能方面的考慮，可擴(kuò)展性也達(dá)不到傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求，使得以往的路由協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和草案無法直接應(yīng)用到其路由協(xié)議當(dāng)中，因而目前的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還不完善，其數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)過程存在帶寬利用低、可靠性差和延時(shí)較大等問題。

針對其帶寬利用低的問題，相關(guān)技術(shù)中考慮了無線通信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)編碼(Network Coding)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)編碼是一種融合編碼和路由的信息交換技術(shù)。它在傳統(tǒng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的路由方法基礎(chǔ)上，通過允許對節(jié)點(diǎn)接收到的多個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼信息融合，增加單次傳輸?shù)男畔⒘浚瑥亩岣呔W(wǎng)絡(luò)整體性能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線通訊網(wǎng)絡(luò)時(shí)，不僅可以提高信息傳輸率、增加網(wǎng)絡(luò)通信的魯棒性、節(jié)約能量，而且對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以起到均衡負(fù)載的作用。

如圖1所示的蝴蝶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，圖中S是信源，Y和Z是信宿，各鏈路帶寬均為1比特/單位時(shí)間，假設(shè)要將2比特?cái)?shù)據(jù)b1、b2從S傳到Y(jié)、Z，S與Y，Z之間分別存在兩條獨(dú)立的路徑，由于兩組路徑之間存在共有鏈路WX，b1、b2不能同時(shí)在邊WX上傳輸，此時(shí)S到Y(jié)、Z的最大速率為1.5比特/單位時(shí)間。而圖2描述了采用網(wǎng)絡(luò)編碼的蝴蝶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，S與Y，Z之間分別存在兩條獨(dú)立的路徑，如果采用網(wǎng)絡(luò)編碼方法，在節(jié)點(diǎn)W上對b1、b2執(zhí)行異或操作再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則節(jié)點(diǎn)Y可以通過的計(jì)算解出b2，同理Y也可解出b1，從而使得S到Y(jié)、Z的速率達(dá)到2比特/單位時(shí)間。因此，基于網(wǎng)絡(luò)編碼的多播實(shí)現(xiàn)了理論上的最大傳輸容量，帶寬利用率提高了33％。

然而，因無線路由器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸均是以廣播的形式進(jìn)行發(fā)送的，而無線路由器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)通常有很多的鄰節(jié)點(diǎn)，因此，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，節(jié)點(diǎn)將會(huì)將待發(fā)數(shù)據(jù)廣播給各個(gè)鄰節(jié)點(diǎn)，因此采用上述網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的無線路由器網(wǎng)絡(luò)的能耗依舊比較高，不能滿足實(shí)際使用的需要。

針對相關(guān)技術(shù)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能耗較高的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸方法、節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)，以至少解決上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能耗較高的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸方法，該方法包括：源節(jié)點(diǎn)確定向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)路由表建立管道，其中，該路由表包括：鄰居節(jié)點(diǎn)標(biāo)識、鄰居節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量、鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量和鄰居節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)；管道包括主路徑節(jié)點(diǎn)和管道節(jié)點(diǎn)；源節(jié)點(diǎn)將待發(fā)送的原始數(shù)據(jù)分成指定數(shù)量個(gè)數(shù)據(jù)包，并將指定數(shù)量個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼；源節(jié)點(diǎn)通過管道發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù)包。

其中，源節(jié)點(diǎn)根據(jù)路由表建立管道包括：從源節(jié)點(diǎn)開始的每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的路由表中鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量和鏈路質(zhì)量選擇下一個(gè)主路徑節(jié)點(diǎn)，直至目的節(jié)點(diǎn)為止；每個(gè)主路徑節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的路由表中同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量和鏈路質(zhì)量選擇指定個(gè)同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)作為管道節(jié)點(diǎn)，其中，同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)指跳數(shù)與主路徑節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)相同的鄰居節(jié)點(diǎn)。

從源節(jié)點(diǎn)開始的每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的路由表中鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量和鏈路質(zhì)量選擇下一個(gè)主路徑節(jié)點(diǎn)包括：從源節(jié)點(diǎn)開始的每個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算每個(gè)下游鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的指標(biāo)B＝E+αP，選擇指標(biāo)最大的下游鄰居節(jié)點(diǎn)作為下一個(gè)主路徑節(jié)點(diǎn)，其中，E為下游鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量，P為根據(jù)下游鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量計(jì)算的脈沖重復(fù)率，α為調(diào)節(jié)參數(shù)。

其中，每個(gè)主路徑節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身的路由表中同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量和鏈路質(zhì)量選擇指定個(gè)同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)作為管道節(jié)點(diǎn)包括：每個(gè)主路徑節(jié)點(diǎn)計(jì)算每個(gè)同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的指標(biāo)B＝E+αP，根據(jù)指標(biāo)的大小選擇指定個(gè)同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)作為管道節(jié)點(diǎn)，其中，E為同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)的剩余能量，P為根據(jù)同跳數(shù)鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路質(zhì)量計(jì)算的脈沖重復(fù)率，α為調(diào)節(jié)參數(shù)。