[發明專利]一種基于網絡編碼的無線傳感器網絡可靠數據傳輸方法

在審

• 申請號: 201711472507.7
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107959551A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 孫寧;韋海龍;金永霞;呂定一;湯文菲
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,俞翠華

技術領域

本發明屬于無線傳感器通信技術領域，具體涉及一種基于網絡編碼的可靠數據傳輸方法。

背景技術

在無線傳感器網絡數據傳輸中，由于鏈路的不可靠性，源節點發送出的數據包可能還沒發送到目的節點就丟失了，重傳雖然可以在一定程度上保證數據包的傳輸率，但端到端的數據包重傳會產生大量的數據傳輸時延。為提高數據傳輸的可考性，很多無線傳感網絡選擇多路徑數據傳輸方法。在無線傳感器網絡中，傳統的多路徑傳輸方式為：源節點將感知到的數據包復制成若干份然后通過多條路徑傳輸給匯聚節點，雖然在一定程度上提高了數據包傳輸的可靠性，但網絡中傳輸大量相同的數據包，會浪費網絡資源，增加網絡負載，減少網絡生命周期。

發明內容

為減少冗余數據包，減少網絡負載及能耗，減少數據包傳輸時延，本發明提出一種基于多路徑的網絡編碼數據傳輸方法，首先根據鏈路可靠性估算出總共傳輸數據包的數量，在計算出傳輸數據包的量之后，節點首先對數據包進行網路編碼之后再通過多路徑向匯聚節點傳輸，若匯聚節點接收到的數據包大于源數據包個數，則匯聚節點可用解碼方法解碼出所有源數據包。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

網絡初始化及狀態信息更新，在節點部署之后匯聚節點定時廣播數據包進行鏈路狀態更新，普通節點收集鏈路信息進行鏈路建立和鏈路更新；

路由估計，當源節點有數據包要向匯聚節點傳輸時，根據鏈路信息進行鏈路估計，估算出所要傳輸數據包的鏈路數；

進行鏈路估計之后，源節點對數據包進行編碼，在發送數據包前源節點首先對數據包進行隨機線性網絡編碼，并通過多條路徑向匯聚節點傳輸；

中繼節點轉發數據包，中繼節點對接收到的數據包進行分析，丟棄與已接收數據包線性相關的數據包，接收到足夠的線性無關后重新進行網絡編碼并傳輸給下一跳節點；

匯聚節點接收到第一個數據包之后，等待一段時間，若在時間內接收到的線性無關數據包個數小于M個，則發送request數據包進行數據包重傳，若接收到的線性無關數據包個數大于或等于M個則利用網絡編碼方法對數據包進行解碼。

與現有技術相比，本發明的有益效果：

本發明的一種基于多路徑的網絡編碼數據傳輸方法，通過在無線傳感器網絡中使用網絡編碼及多徑傳輸技術，源節點對源數據包進行網絡編碼后通過多條路徑向匯聚節點傳輸，有效地解決了鏈路失敗、數據包丟失等問題，提高數據包傳輸可靠性，減少數據包傳輸時延，提高網絡魯棒性，能夠顯著提高無線傳感器網絡的傳輸性能。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例的無線傳感器網絡模型圖；

圖2為本發明一種實施例的定時廣播數據包結構示意圖；

圖3為本發明一種實施例的源節點數據包處理流程示意圖；

圖4為本發明一種實施例的編碼數據包結構示意圖；

圖5為本發明一種實施例的中繼節點轉發數據包流程示意圖；

圖6為本發明一種實施例的匯聚節點數據包解碼及發送重傳請求流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細的描述。

如圖1所示，在無線傳感器網絡中，源節點(S)可通過多條路徑向匯聚節點(R)傳輸數據包，所述匯聚節點即為目的節點；圖1中，從源節點到匯聚節點之間有若干個中繼節點，所述中繼節點用于對數據包進行轉發，源節點的數據包通過多跳傳輸經過中繼節點最終傳輸到匯聚節點。

如圖2所示，無線傳感器網絡部署完成后，進行基于網絡編碼的可靠數據傳輸，具體包括以下步驟：

步驟一、匯聚節點向無線傳感器網絡定時廣播鏈路更新數據包對網絡進行初始化(第一次為初始化)或狀態更新，所述匯聚節點發送的鏈路更新數據包的結構如圖2所示，各個數據段代表的信息分別為：

GroupType：分組類型，包括路由更新消息、編碼數據包、路徑建立反饋消息，用于區分節點接收到的包是用于建立路徑還是用于傳輸數據；

GroupID：分組編號，每個消息有自己唯一的編號；

SAddress：源節點的地址，在初始化數據包中為匯聚節點的地址，每一跳節點都會記錄路由更新消息中的SAddress值，并在自身發送的路由更新消息中將其值設為自己的地址；；