[發明專利]一種利用網絡編碼和鏈路相關性的多包洪泛方法

在審

• 申請號: 201510051308.3
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104780582A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: 申興發;張銀群;陳岳燊;王蘭迪;張建輝
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04L1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡路由協議領域，尤其涉及一種利用網絡編碼和鏈路相關性的多包洪泛方法。

背景技術

在無線傳感器網絡中，洪泛協議是最基本的路由協議，它支持很多重要的高層協議和應用，例如數據傳輸，時間同步和多跳路由。在傳統的洪泛模型中，數據包從源節點開始廣播數據，接收到該包的節點再進行轉發，直到所有節點都接收到數據包，則停止轉發。然而，數據包是否成功轉發是通過接收節點的ACK來確認的，這使得傳統洪泛算法存在一些固有的缺陷：(1)數據內爆，即一個節點多次收到同一個數據包的情況，因為洪泛模型中的每個節點，即使不在數據包最終轉發路徑上，只要收到數據包就會進行轉發，產生大量重復的數據包，從而堵塞網絡，直接影響網絡生命周期；(2)傳輸冗余，即大量無效的數據包傳輸。在洪泛模型中，發送節點只有在收到接收節點的ACK確認包時，才停止轉發，但鏈路的不可靠性導致ACK確認包的接收存在時延，其間發送節點產生大量的冗余數據包。

目前，最新水平的研究利用鏈路相關性改進單包洪泛問題，有效地減少了ACKs，節省了能量消耗。但是，現有的研究主要集中在單包問題，針對多包問題的洪泛方法較少。而無線傳感器網絡的大量應用都面臨多包洪泛的問題。例如，空中編程中，通過洪泛協議廣播的程序映像達到128kB，而無線傳感器網絡中默認的最大傳輸負載是29字節，那么洪泛的數據包必須進行分組操作。當洪泛多個數據分組時，如果只把它當成多個單包洪泛問題，這將引起可靠性，傳輸負載和傳輸時延方面的性能降低。

區別于單包方法，多包洪泛方法應充分考慮多個序列包之間的聯系，使數據包間能夠協同地完成洪泛任務。網絡編碼作為一種信息融合技術，允許中繼節點對多個數據包先進行處理再轉發，這種方式最大化信息吞吐率，能夠提高多包洪泛的傳輸效率。同時，為進一步提高洪泛性能，利用鏈路之間的相關性可有效減少冗余ACKs。

總的說來，現有單包洪泛的鏈路相關性機制可減少總傳輸次數，但面對多包問題，應充分利用多個序列包之間的聯系，采用網絡編碼等信息融合技術可進一步提高洪泛性能。無線傳感器網絡多包洪泛問題是一個亟待解決的問題，結合網絡編碼和鏈路相關性這兩種手段可有效解決多包洪泛問題。

發明內容

為了充分融合網絡編碼與鏈路相關性的優點，提高多包洪泛的效率，本發明提出了一種利用網絡編碼和鏈路相關性的無線傳感器網絡多包洪泛方法。

根據本發明實施例的一種利用網絡編碼和鏈路相關性的無線傳感器網絡多包洪泛方法，包括以下步驟：

一種利用網絡編碼和鏈路相關性的多包洪泛方法，該方法具體包括以下步驟：

S1對于多包洪泛任務，首先將洪泛流劃分成多個頁，以頁為單位進行洪泛；所述的頁為包含多個數據包的一個分組。

將洪泛流劃分成多個頁的步驟為：對于包含W個數據包的洪泛流，以PageSize個數據包為單位劃分，則頁大小為PageSize，頁的個數為W/PageSize。

S2節點周期性地廣播消息序列包用來記錄和更新鄰居節點之間的鏈路質量和鏈路相關性，該步驟在洪泛過程中一直執行；

所述的鏈路質量表示為接收節點從發送節點收到的數據包個數比發送節點的總發包個數；

所述的鏈路相關性的定義是，在節點v收到節點u發送的廣播包時，節點k同樣收到該包的概率，表示為P_u(k|u)。鏈路相關性的計算表達式如下：

是節點N_j對第i個消息包的接收情況的位表示。如果N_j收到來自節點u的數據包，則否則M表示節點u的總發包個數。

S3源節點或轉發節點根據聚合編碼增益值確定轉發的編碼數據包，并根據鏈路質量更新鄰居節點的單包覆蓋率，單包覆蓋率為節點接收到單個數據包的概率。

聚合編碼增益值定義為發送節點的每個鄰居節點收到數據包并成功獲得有用數據包的個數的期望總和，其公式如下：