[發(fā)明專利]一種協(xié)作通信中自適應(yīng)發(fā)送功率控制的數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610104039.7
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105680917B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左政邦;劉安豐
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)
• 主分類號: H04B7/026
• 分類號: H04B7/026;H04W72/04;H04W84/18
• 代理公司: 長沙朕揚(yáng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)43213
• 代理人: 何湘玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，尤其是一種協(xié)作通信中無線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的彼此之間通過多跳無線鏈路和通信的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，可以廣泛的運(yùn)用到工業(yè)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、民用、環(huán)境監(jiān)測、戰(zhàn)場、海洋、火災(zāi)等各種特殊環(huán)境與應(yīng)用中，被認(rèn)為是未來的重要物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中存在的2個關(guān)鍵問題如下：

(1)如何保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于是無線傳輸，無線網(wǎng)絡(luò)特有的特點(diǎn)是受環(huán)境干擾與節(jié)點(diǎn)之間的干擾，再加上天生的其傳輸誤碼率、錯誤率，其傳輸鏈路遠(yuǎn)差于有線網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的包丟失率高達(dá)10％到30％是很普遍的。誤碼率也比有線網(wǎng)絡(luò)高出幾個數(shù)量級，這樣大大降低了端到端傳輸時的成功率；

(2)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命的問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般構(gòu)造簡單，成本低廉，可以大規(guī)模的部署，其節(jié)點(diǎn)通常配備電池作為其能源的，所以如何有效的利用能量延長網(wǎng)絡(luò)壽命是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究課題之一。一般來說，數(shù)據(jù)傳輸是節(jié)點(diǎn)最主要的能量消耗。因而提高網(wǎng)絡(luò)壽命的主要途徑有二個，一是減少節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送，二是如何合理利用網(wǎng)絡(luò)的能量。

目前網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是目前較好的一種提高無線傳感器數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要技術(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的主要關(guān)鍵點(diǎn)如下：(1)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)采用了冗余技術(shù)。源數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包在應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，由于網(wǎng)絡(luò)編碼中采用了冗余技術(shù)，因而網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)量大于沒有編碼的源數(shù)據(jù)包。這樣采用冗余編碼后，即使網(wǎng)絡(luò)有一定的丟包率，接收方如果接收到多個編碼的數(shù)據(jù)包，則就可以以較高的概率獲得原數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。但是，采用網(wǎng)絡(luò)編碼方法其實(shí)是通過付出更多的能量消耗而提高了數(shù)據(jù)傳送的可靠性。

隨后有研究人員提出了網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作通信相結(jié)合的方法。這種方法的關(guān)鍵點(diǎn)主要有2點(diǎn):(a)數(shù)據(jù)包在發(fā)送時需要編碼,而中繼節(jié)點(diǎn)在發(fā)送給下一個中繼節(jié)點(diǎn)前需要采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)進(jìn)行解碼與重新編碼。(b)在數(shù)據(jù)傳送到基站的每一跳，并不只選擇一個中繼節(jié)點(diǎn)，而是選擇多個中繼節(jié)點(diǎn)形成一個簇，組成協(xié)作通信結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)作通信。這種方法具有較好的性能。

不管采用上述的任何一種方法,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可靠性與節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率之間都存在緊密的關(guān)系。也就是說：如何提高節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，那么接收方就能夠以更高的概率接收到發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)包，因而采用提高節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率來提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的一種有效方法。但是,提高節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率就會使節(jié)點(diǎn)的能量消耗增大,從而影響網(wǎng)絡(luò)的壽命。

在以往的方法中，整個網(wǎng)絡(luò)都是采用相同的節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率。這樣，由于近基站節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作，從而其承擔(dān)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量。這樣，導(dǎo)致近基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)提前死亡，由于網(wǎng)絡(luò)壽命一般定義為網(wǎng)絡(luò)中第一個節(jié)點(diǎn)死亡的時間。因而，在以往的方法中基站附近的節(jié)點(diǎn)能量不足，而遠(yuǎn)基站區(qū)域剩余大量能量，有研究指出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)死亡時，網(wǎng)絡(luò)剩余的能量高達(dá)90％。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種無線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸方法，在不降低網(wǎng)絡(luò)壽命的情況下大幅度的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種協(xié)作通信中自適應(yīng)發(fā)送功率控制的數(shù)據(jù)傳輸方法，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)包要發(fā)往基站時，它首先將數(shù)據(jù)包以較小的發(fā)送半徑r_b將自己的源數(shù)據(jù)包廣播給簇內(nèi)的m個源簇節(jié)點(diǎn)，然后再通過選擇多個中繼簇中繼轉(zhuǎn)發(fā)到基站，每個中繼簇也選擇m個節(jié)點(diǎn)，這樣，m個源簇節(jié)點(diǎn)，每個源簇節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后向中間簇的m個節(jié)點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)，中間簇的節(jié)點(diǎn)接收到m個數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過解碼，對數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)后，重新進(jìn)行編碼后，繼續(xù)向前采用與前面類似的方式進(jìn)行傳輸，直到傳到基站為止；在數(shù)據(jù)傳輸?shù)交镜倪^程中，依據(jù)節(jié)點(diǎn)能量的充裕程度，對距離基站不同距離處的節(jié)點(diǎn)采用不同的發(fā)送功率，對于距離基站近的節(jié)點(diǎn)采用較小的發(fā)送功率，而對離基站遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)采用較大的發(fā)送功率。

依據(jù)節(jié)點(diǎn)距離基站的距離不同而采用不同的發(fā)送功率的具體做法是：首先，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載和能量消耗，然后，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量消耗情況計(jì)算遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)剩余的能量，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量情況確定節(jié)點(diǎn)能采用的發(fā)送功率。

距離基站l處節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率E_l要滿足下式：