CN102300225A - 近距离无线社会网络数据传输探测方法、***和相关设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供近距离无线社会网络数据传输探测方法、***和相关设备，以降低能耗和提高信道资源利用效率。所述方法包括：源节点在发送数据之前，对信道进行持续侦听；若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据。由于源节点在发送需要发送的数据之前，并不是发送前导码，而是对信道进行持续侦听，从而减少了发送大量前导码耗费的能量，提高了信道利用率。与此同时，源节点若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据，从而降低了无目的地发送报文和因无效传输引起的数据重传带来的能耗和信道资源的浪费。

Description

近距离无线社会网络数据传输探测方法、***和相关设备

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及近距离无线社会网络数据传输探测方法、***和相关设备。

背景技术

近距离无线社会网络是一种利用社会中普遍存在的“弱链接”关系而形成的无线自组织网络，其特点是充分利用社会群体的移动特性与短距离无线通讯相结合所带来的空间复用能力提高吞吐量，降低对固定设备的依赖性，增强对不同应用的适应能力。近距离无线社会网络提供了一种方便、快捷的人与人之间的信息交互渠道，对社会环境和社会个体具有高度的可感知性，从而使得其在重大疫情监控，商业信息发布，自然灾害抢险中的生命保障，交通事故预防等应用领域具有非常广泛的应用前景。

容迟移动传感器网络(Delay-Tolerant Mobile Sensor Networks，DTMSN)是一种短距离移动无线社会网络的载体网络。DTMSN有着较高的能量要求，DTMSN中，除了对节点生命期的要求，由于节点随载体移动，节点重量受到严格的限制，节点的便携性要求选用小容量的电池，这对MAC层的节能效率提出更高要求；其次，高度动态的网络拓扑--节点随载体移动造成节点间的接触和脱离非常频繁和网络拓扑结构高动态变化，也带来了一系列问题，例如，邻居表的维护，而频繁的邻居更新报文会增加网络负荷和增大能量消耗。

针对DTMSN的网络特点，现有技术提出的一种节能MAC协议通常采用占空比机制，周期性地关闭射频模块，减少节点的空闲侦听时间，降低能耗。例如，X-MAC协议就是基于两种关键的射频操作--低功耗侦听、长前导码，在一个帧内完成接收节点和发送节点的握手。以牺牲发送节点的能量为代价，通过额外传输一个最长达一个帧长度的前导码发起数据传输，而接收节点只需唤醒射频一个很短的时间对信道进行采样，从而减少接收节点的能量消耗。

通过对上述现有技术的研究，发明人发现，在DTMSN中，若采用X-MAC协议进行数据传输，除了碰撞、空闲侦听和控制载荷的传输三者造成的能耗，由于节点的邻居状态剧烈变化，报文传输失败和重传带来了新的能量浪费。这就是说，由于X-MAC协议主要针对静态网络，因此，其对拓扑及连通性不断变化的短距离移动无线社会网络适应性仍然比较差。

发明内容

本发明实施例提供近距离无线社会网络数据传输探测方法、***和相关设备，以降低能耗和提高信道资源利用效率。

本发明实施例提供一种近距离无线社会网络数据传输方法，包括：源节点在发送数据之前，对信道进行持续侦听；若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据。

本发明实施例提供一种近距离无线社会网络数据传输探测方法，包括：宿节点在发送探测报文前对信道进行侦听；若侦听所得结果为所述信道空闲，发送探测报文，若侦听所得结果为所述信道忙，则所述宿节点转入休眠状态。

本发明实施例提供一种近距离无线社会网络数据传输探测设备，包括：第一侦听模块，用于在发送数据之前，对信道进行持续侦听；第一发送模块，用于若所述第一侦听模块侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据。

本发明实施例提供一种近距离无线社会网络数据传输探测设备，包括：第二侦听模块，用于在发送探测报文前对信道进行侦听；第二发送模块，用于若所述第二侦听模块侦听所得结果为所述信道空闲，则发送探测报文。

本发明实施例提供一种近距离无线社会网络数据传输探测***，包括：包括源节点和宿节点，所述源节点包括第一侦听模块和第一发送模块；所述第一侦听模块，用于在发送数据之前，对信道进行持续侦听；所述第一发送模块，用于若所述第一侦听模块侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据；所述宿节点包括第二侦听模块和第二发送模块；所述第二侦听模块，用于在发送探测报文前对信道进行侦听；所述第二发送模块，用于若所述第二侦听模块侦听所得结果为所述信道空闲，则发送探测报文。

从上述本发明实施例可知，由于源节点在发送需要发送的数据之前，并不是发送前导码，而是对信道进行持续侦听，从而减少了发送大量前导码耗费的能量，提高了信道利用率。与此同时，源节点若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据，从而降低了无目的地发送报文和因无效传输引起的数据重传带来的能耗和信道资源的浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种近距离无线社会网络数据传输探测方法基本流程示意图；

图2-a是本发明实施例提供的网络拓扑示意图；

图2-b是本发明实施例提供的源节点侦听MAEP示意图；

图3是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测方法基本流程示意图；

图4是DTMAC传输机制和X-MAC传输机制中源节点和宿节点发送的报文对比示意图；

图5-a是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测方法示意图；

图5-b是现有技术提供的近距离无线社会网络数据传输方法示意图；

图6是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测设备基本逻辑结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测设备基本逻辑结构示意图；

图8是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测设备基本逻辑结构示意图；

图9是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测设备基本逻辑结构示意图；

图10是本发明实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测***基本逻辑结构示意图；

图11是本发明另一实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测***基本逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种近距离无线社会网络数据传输探测方法基本流程示意图，主要包括：

S101，源节点在发送数据之前，对信道进行持续侦听。

由于DTMSN网络经常处于高动态性和非连通状态，同步占空比机制下节点需要维护一个巨大的同步信息表用于记录每个节点的唤醒时间，而邻居状态的剧烈变化使得同步报文所消耗的信道资源和能量资源非常大；相比之下，异步占空比机制不需要维护邻居节点的同步信息也不需要传输同步报文，只需要维持唤醒状态以完成和潜在接收节点的握手。然而，DTMSN中邻居状态变化剧烈，传统MAC协议中基于前导码的占空比机制需要频繁地更新邻居表，导致大量报文被延迟发送，信道被控制报文频繁占用甚至阻塞。因此，与现有技术不同，在本发明实施例中，源节点在发送需要发送的数据之前，并不是发送前导码，而是对信道进行持续侦听，从而减少了发送大量前导码耗费的能量，提高了信道利用率。

S102，若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据。

与现有技术中无目的地发送报文和因无效传输引起的数据重传不同，本发明实施例中，源节点会根据侦听结果判断目的节点是否具备接收数据的条件，例如，处于空闲状态等，如果具备，则发送，从而降低了能耗和信道资源的浪费。

作为本发明一个实施例，若源节点侦听到来自目的节点的探测报文，则判断向目的节点发送数据的条件已满足，此时，源节点开始向目的节点发送数据。

在本发明提供的实施例中，探测报文可以是一个由DTMAC中节点定时广播的最小主动探测报文(MAEP，Minimal Active Exploration Packet)，用来告知节点自身的状态，例如，忙或空闲等。一个MAEP至少包含发送该MAEP的节点的节点标识，还可以进一步包含前导码、长度域和校验位等等，其中，节点标识用于告知是哪个节点向源节点发送了该MAEP，前导码指示了MAEP报文头部信息，长度域上的值指示了MAEP报文数据载荷长度，校验位就是对MAEP报文进行循环冗余校验(CRC，Cyclic Redundancy Check)校验时采用的CRC校验值。

在本发明提供的另一个实施例中，源节点侦听信道并等待目的节点的探测报文时，若侦听到来自非目的节点的探测报文，例如MAEP，则源节点据此MAEP更新邻居状态。如附图2-a所示的网络拓扑，DTMAC中的节点A侦听一个周期。在这个周期中，节点A侦听到来自邻居节点E、邻居节点F、邻居节点C、邻居节点D和邻居节点B发送的MAEP，如附图2-b所示。节点A于是根据收到的上述邻居节点发送的MAEP，更新邻居状态，例如，维护一个邻居状态表，记录发送MAEP节点的节点标识、空闲或忙的状态和更新相应的网络拓扑等等。

请参阅图3，本发明实施例提供的另一种近距离无线社会网络数据传输探测方法基本流程示意图，包括：

S301，宿节点在发送探测报文前对信道进行帧听。

现有技术中，由于是由源节点发送大量的前导码序列来唤醒宿节点，因此，宿节点无须对信道进行侦听，只在唤醒后发送一个early ACK报文给源节点，源节点开始发送数据。而在本发明实施例中，源节点并不发送前导码序列，如此，宿节点在发送探测报文前对信道进行短时侦听，这样也减少了源节点的能耗。

S302，若侦听所得结果为信道空闲，则发送探测报文，若侦听所得结果为信道忙，则宿节点转入休眠状态。

在本发明提供的实施例中，每个节点按自身的占空时间比定期唤醒。一旦宿节点唤醒，当该宿节点侦听到信道空闲时便发送探测报文，意味着报文交换由宿节点发起，由此保证了源节点在接收到探测报文后，宿节点处于可用状态，减少DTMSN中常见的无目的报文发送和因无效传输引起的数据重传，进一步降低了能量和信道资源的浪费。

在本实施例中，探测报文也可以是一个由DTMAC中节点定时广播的MAEP，用来告知节点自身的状态，例如，忙或空闲等。一个MAEP至少包含发送该MAEP的节点的节点标识，还可以进一步包含前导码、长度域和校验位等等。

请参阅图4，本发明实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测方法(DTMAC传输机制)和现有技术提供的近距离无线社会网络数据传输方法(X-MAC传输机制)中，源节点(Sender)和宿节点(Receiver)发送的报文对比示意图，说明如下。

在X-MAC传输机制中，源节点有数据需要发送时，首先发送一个前导码序列(或扩展前导码)来保持宿节点处于唤醒状态，然后再发送数据报文。一旦某一节点开始发送前导码序列(或扩展前导码)，其将长期占用信道，该节点所有邻居都将无法接收或发送报文，导致网络通过率降低，而DTMSN中高动态的拓扑环境也容易造成由源节点发起的传输失败。

在本发明实施例提供的DTMAC传输机制中，报文交换是由宿节点发起，即源节点对信道进行足够长时间的侦听，接收其邻居节点广播的MAEP，实现邻居发现过程，因此，源节点实际上是以对信道进行持续侦听取代现有技术中的大量发送前导码。在本发明实施例中，源节点只需要保持侦听状态，若接收到宿节点的MAEP，立即结束侦听周期，从开始侦听至接收到宿节点的MAEP这段时间可以视为足够长时间。

在宿节点，当其唤醒时，对信道进行短时侦听，如果信道忙，则继续休眠，如果信道空闲，则发送MAEP。源节点收到潜在宿节点的MAEP后立即发送数据。

在发送耗能和接收耗能大抵相同的假设下，与X-MAC相比，DTMAC的传输端无需频繁的在发送和接收状态之间切换，所需能量更少；且DTMAC的宿节点唤醒以后立即通知源节点，无需接收到一个报文后再传输early ACK报文，延时有所改进。此外，在X-MAC传输机制中，每次数据传输之前发送前导序列会带来长时间信道占用，DTMAC传输机制是直到传输开始时信道才被占用。假设报文平均长度为一个周期，DTMAC将信道利用率提高了近一倍。这种由宿节点发起的传输有效避免了宿节点失效，减少了由源节点发起传输时常见的无目的报文发送和重传，降低了能量和信道资源的浪费。

请参阅图5-a和图5-b，本发明实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测方法和现有技术提供的近距离无线社会网络数据传输方法对比示意图，说明如下。

如图5-a所示，当宿节点B唤醒后，开始广播MAEP。节点A和节点C收到MAEP后，交由上层判断是否有数据发送给宿节点B。若均有，节点采用冲突避免的多载波侦听多址接入(CSMA/CA，Carrier Sense Multiple Access withCollision Avoidance)机制发送短数据报文争用信道。若只有节点A有数据待发，则直接发送短数据报文(Short Data Packet)，该短数据报文是源节点A拟发送给宿节点B的数据中的一部分。宿节点B在收到短数据报文后，广播一个确认报文(ACK报文，该报文包含通信时间指示域)，开始节点A和宿节点B之间的数据传输。节点C在收到ACK报文后直接进入休眠并推迟对节点B的数据发送，直到节点A和宿节点B之间的通信完成。

而在图5-b所示现有技术提供的近距离无线社会网络数据传输方法中，源节点A有数据需要发送时，首先发送大量前导码序列唤醒宿节点B或宿节点C；宿节点B唤醒时接收到源节点A的前导码序列，广播一个确认报文(ACK报文)，通知源节点A可以发送数据，与此同时告知其他节点(例如宿节点C)转入休眠，直至源节点A和宿节点B之间通信结束。源节点A收到ACK报文后开始发送数据，宿节点B开始接收数据并在数据传输结束后回复一个确认报文(ACK报文)。

由图5-a和图5-b的对比以及上述说明可知，本发明的DTMAC传输机制通过MAEP完成了多种功能，避免了网络中多种不同的控制载荷出现，减少DTMSN中大量拓扑控制报文和传输控制报文带来的大量能耗，并且，由于源节点发送的短数据报文是源节点拟发送给宿节点的数据中的一部分，因此，减少了发送ACK报文带来的能量浪费。

请参阅图6，本发明实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测设备基本逻辑结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。该传输探测设备可以是通信***中的源节点，该传输探测设备包含的功能模块可以是软件模块、硬件模块或软硬件相结合的模块，包括：第一侦听模块601和第一发送模块602，其中：

第一侦听模块601，用于在发送数据之前，对信道进行持续侦听；

第一发送模块602，用于第一侦听模块601侦听到来自目的节点的探测报文时，向该目的节点发送数据。

作为本发明另一个实施例，近距离无线社会网络数据传输探测设备进一步包括邻居更新模块701，如图7所示。邻居更新模块701用于若第一侦听模块601侦听到来自非目的节点的探测报文，则更新邻居状态。

在图6至图7示例的近距离无线社会网络数据传输探测设备中，探测报文可以是一个由DTMAC中节点定时广播的MAEP，用来告知节点自身的状态，例如，忙或空闲等。一个MAEP至少包含发送该MAEP的节点的节点标识，还可以进一步包含前导码、长度域和校验位等等。

请参阅图8，本发明实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测设备基本逻辑结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。该传输设备可以是通信***中的宿节点，其包含的功能模块可以是软件模块、硬件模块或软硬件相结合的模块，包括：第二侦听模块801和第二发送模块802，其中：

第二侦听模块801，用于在发送探测报文前对信道进行侦听；

第二发送模块802，用于若第二侦听模块801侦听所得结果为信道空闲，则发送探测报文。

若第二侦听模块801侦听所得结果为信道忙，则宿节点转入休眠状态。

作为本发明另一个实施例，图8所示近距离无线社会网络数据传输设备进一步包括广播模块901，如图9所示。广播模块901用于第二发送模块802发送探测报文后，若收到短数据报文，广播确认报文。

在图8至图9示例的近距离无线社会网络数据传输探测设备中，探测报文也可以是一个由DTMAC中节点定时广播的MAEP，用来告知节点自身的状态，例如，忙或空闲等。一个MAEP至少包含发送该MAEP的节点的节点标识，还可以进一步包含前导码、长度域和校验位等等。

请参阅图10，本发明实施例一提供的近距离无线社会网络数据传输探测***基本逻辑结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。该***包括源节点1001和宿节点1002，其中：

源节点1001包括第一侦听模块10011和第一发送模块10012；

第一侦听模块10011，用于在发送数据之前，对信道进行持续侦听；

第一发送模块10012，用于若第一侦听模块10011侦听到来自目的节点的探测报文，则向目的节点发送数据；

宿节点1002包括第二侦听模块10021和第二发送模块10022；

第二侦听模块10021，用于在发送探测报文前对信道进行侦听；

第二发送模块10022，用于若第二侦听模块10021侦听所得结果为信道空闲，则发送探测报文。

若第二侦听模块10021侦听所得结果为信道忙，则宿节点1002转入休眠状态。

作为本发明另一个实施例，图10示例的源节点1001进一步包括邻居更新模块11011，源节点1902进一步包括广播模块11012，如附图11所示，其中：

邻居更新模块11011，用于若第一侦听模块10011侦听到来自非目的节点的探测报文，则更新邻居状态；

广播模块11012，用于第二发送模块10022发送探测报文后，若收到短数据报文，广播确认报文。

需要说明的是，上述设备各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例提供的近距离无线社会网络数据传输探测方法、***和相关设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (13)

1.一种近距离无线社会网络数据传输探测方法，其特征在于，包括：

源节点在发送数据之前，对信道进行持续侦听；

若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，若侦听到来自非目的节点的探测报文，则所述源节点更新邻居状态。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述探测报文是最小主动探测报文，所述最小主动探测报文至少包含发送所述最小主动探测报文的节点的节点标识。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据时进一步包括：

向所述目的节点发送短数据报文，所述短数据报文是向所述目的节点发送数据的一部分。

5.一种近距离无线社会网络数据传输探测方法，其特征在于，包括：

宿节点在发送探测报文前对信道进行侦听；

若侦听所得结果为所述信道空闲，发送探测报文，若侦听所得结果为所述信道忙，则所述宿节点转入休眠状态。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述宿节点发送所述探测报文后，若收到短数据报文，则广播确认报文。

7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述探测报文是最小主动探测报文，所述最小主动探测报文至少包含所述宿节点的节点标识。

8.一种近距离无线社会网络数据传输探测设备，其特征在于，包括：

第一侦听模块，用于在发送数据之前，对信道进行持续侦听；

第一发送模块，用于若所述第一侦听模块侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据。

9.如权利要求8所述传输设备，其特征在于，所述设备进一步包括：

邻居更新模块，用于若所述第一侦听模块侦听到来自非目的节点的探测报文，则更新邻居状态。

10.一种近距离无线社会网络数据传输探测设备，其特征在于，包括：

第二侦听模块，用于在发送探测报文前对信道进行侦听；

第二发送模块，用于若所述第二侦听模块侦听所得结果为所述信道空闲，则发送探测报文。

11.如权利要求10所述传输设备，其特征在于，所述传输设备还包括：

广播模块，用于所述第二发送模块发送所述探测报文后，若收到短数据报文，广播确认报文。

12.一种近距离无线社会网络数据传输探测***，包括源节点和宿节点，其特征在于，所述源节点包括第一侦听模块和第一发送模块；

所述第一侦听模块，用于在发送数据之前，对信道进行持续侦听；

所述第一发送模块，用于若所述第一侦听模块侦听到来自目的节点的探测报文，则向所述目的节点发送数据；

所述宿节点包括第二侦听模块和第二发送模块；

所述第二侦听模块，用于在发送探测报文前对信道进行侦听；

所述第二发送模块，用于若所述第二侦听模块侦听所得结果为所述信道空闲，则发送探测报文。

13.如权利要求12所述***，其特征在于，所述源节点进一步包括邻居更新模块，用于若所述第一侦听模块侦听到来自非目的节点的探测报文，则更新邻居状态；

所述宿节点进一步包括广播模块，用于所述第二发送模块发送所述探测报文后，若收到短数据报文，广播确认报文。

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