CN102395162A - 一种多跳无线传感网络数据传输方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多跳无线传感网络数据传输方法及***，其中所述的方法包括如下步骤：步骤1、源节点生成数据包，该数据包的包头中含有三个字段，分别代表数据类型、优先级、源节点ID；步骤2、中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断数据类型，对不同数据类型不进行数据融合，保持数据优先级不变；对同类型数据再判断源节点ID并进行数据融合，根据源节点ID的个数修改数据的优先级；步骤3、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发。本发明的方案保证数据优先级的正确性，以提高多跳无线传感网络数据传输可靠性。

Description

一种多跳无线传感网络数据传输方法及***

技术领域

本发明涉及一种网络数据传输方法及***，尤其涉及一种多跳无线传感网络数据传输方法及***。

现有技术

目前针对无线传感网络(WSN)的可靠传输机制主要有基于数据校验的机制、基于传输控制协议(TCP)改进的可靠传输机制、基于路径修复的可靠性传输机制和基于多路策略的传输机制等类型。慢存快取传输协议(PSFQ)是基于单跳数据校验机制的代表，它进行每跳数据错误检查与恢复，避免数据错误的积累导致通信质量下降，具有很好的容错性和可扩展性，但同时也增加了复杂度，加重了网络节点的负担。基于TCP改进的可靠传输协议主要有事件到中心节点的传输协议(ESRT)，它考虑事件发生时节点产生大量数据所导致的网络拥塞状况，力求使用最少能量达到可靠传输数据的目的，但它假设基站能够和节点直接通信，因此只适用于小范围覆盖的网络。基于路径修复的传输方法主要有SWR，SWR采用路径修复和单路传输确认方法保证数据可靠传输，但当信道错误率较高时增加了确认和修复开销。基于位置的可靠区分服务机制是多路策略的数据传输机制的代表。基于位置的可靠性区分服务机制借助GPS定位，并只对处于一定矢量距离之内的节点进行可靠数据传输，使得能够在减少能量消耗的前提下，提供可靠数据传输，但它只考虑使用区分的路由机制，未考虑区分网络数据。

由于WSN的网络环境和网络特点，传统端到端的确认重传机制由于采用当信道错误时快速减少数据发送速率的方法解决数据可靠传输，将导致WSN的数据传输由于恶劣的无线信道带来传输性能的急剧下降，所以传统的传输机制不能适用于WSN。且这些传输方法没有考虑各种不同特性的数据流的区别。

在申请号为“201010592229.0”发明名称为“基于无线传感网络的数据传输方法”的专利申请中公开了一种数据传输方法：簇头节点对其簇内各节点的同类型数据进行融合并设置相应的优先级，在根据数据的不同优先级分别进行转发。该方法中数据在簇头融合时，由于只经过簇内单跳传输，因此数据的初始优先级都为最低优先级，簇头只需计算数据的个数，不事先读取数据优先级值，且无需考虑数据的路由和判断数据源节点的异同，保证了方法的简单性和实用性。该方法在簇头节点提高了具有高优先级的重要数据的转发机会，保证了网络中重要数据的优先传输。

在上述基于分簇无线传感网络的数据传输方法中，仅在簇头节点对其簇内节点进行数据融合和区分传输，在分簇数量较少的小型无线网络具有较好的效果，但对节点大范围部署的大型多跳网络来说，由于数据的多跳转发占用更多传输时间，数据传输协议更复杂，同时多跳网络中存在多重路由等特点，使得简单的簇头数据传输方法不能在多跳网络中获得很好的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题提供一种多跳无线传感网络数据传输方法及***，保证数据优先级的正确性，以提高多跳无线传感网络数据传输可靠性。

为了解决上述技术问题本发明采用了如下的技术手段：

一种多跳无线传感网络数据传输方法，包括如下步骤：

步骤1、源节点生成数据包，该数据包的包头中含有三个字段，分别代表数据类型、优先级、源节点ID；

步骤2、中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断数据类型，对不同数据类型不进行数据融合，保持数据优先级不变；对同类型数据再判断源节点ID并进行数据融合，根据源节点ID的个数修改数据的优先级；

步骤3、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发。

进一步地，步骤3中对于具有相同优先级的数据，则随机选择传输顺序。

进一步地，步骤1中源节点生成数据包时先对三个字段进行初始化，其中优先级字段初始化为最低优先级，源节点ID初始化成该源节点的ID。

进一步地，源节点及中间节点自己生成的数据优先级最低。

进一步地，步骤2具体包括如下步骤：

步骤21、首先读取两个数据的包头，判断是否属于同一数据类型；

步骤22、如果不同，则不进行数据融合，继续读取其他数据，若相同，则继续判断源节点ID；

步骤23、如果源节点ID没有重复，则直接对两个数据的进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先级；

步骤24、如果源节点ID重复，则对重复的源节点ID只保留一个，再对两个数据进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先极。

一种多跳无线传感网络数据传输***，包括：

数据生成模块、用于生成数据包，该数据包的包头中含有三个字段，分别代表数据类型、优先级、源节点ID；

数据融合模块、用于当中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断数据类型，对不同数据类型不进行数据融合，保持数据优先级不变；对同类型数据再判断源节点ID并进行数据融合，根据源节点ID的个数修改数据的优先级；

数据转发模块、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发，对于具有相同优先级的数据，则随机选择传输顺序。

进一步地，所述数据融合模块包括：

第一判断模块、用于读取两个数据的包头，判断是否属于同一数据类型，如果不同，则不进行数据融合，继续读取其他数据；

第二判断模块、用于当属于同一数据类型时判断源节点ID；

第一数据融合模块、如果源节点ID没有重复，则直接对两个数据的进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先级；

第二数据融合模块、如果源节点ID重复，则对重复的源节点ID只保留一个，再对两个数据进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先极。

本发明由于专门针对多跳无线传感网络，可能存在数据在多条路由同时传输的现象，故在数据传输过程中，除保存优先级外，还保存数据的源节点ID，在进行数据融合时，通过判断数据的源节点ID，使得通过多路传输的同一数据的优先级不被重复计算，保证数据优先级的正确性。本发明对同类型数据进行融合，对更多节点生成的数据融合后进行优先转发，减少网络数据传输量，并保证更多节点生成的数据优先可靠传输，保证网络中大范围发生的事件及时可靠发现。

附图说明

图1是本发明的数据的包头字段示意图。

图2是中间节点对数据的融合流程图。

图3是多跳网络数据传输示意图。

图4是数据融合中字段的变化过程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明进行详细的阐述，本发明的方法包括如下步骤：

步骤1、源节点生成数据包，每个数据包的包头中有三个字段A、B和C，如图1所示。其中字段A为数字代表数据类型，字段B为数字代表优先级，字段C包括产生该数据包的源节点ID。字段A和B的长度皆为4位，字段C长度为源节点ID长度的16倍。

源节点生成数据时，对其字段A、B和C进行初始化，字段A根据数据类型初始化，字段B初始化为最低优先级，字段C包括该源节点ID。数据传输过程中，转发该数据的中间节点可对该三个字段进行修改。

步骤2、中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断字段A，对字段A不同则不进行数据融合，保持数据优先级不变；对字段A相同的再判断字段C并进行数据融合，根据字段C中源节点ID的个数修改数据的优先级；

对同一类型的数据进行融合后，其优先级会被新优先级取代，若数据未被融合，其优先级保持不变。

优先级数字越大，表示优先级越高，代表该数据越重要，将被优先传输。这样被越多节点发送过来的同类型数据优先级越高，在网络中有相应的更高传输机会。对于具有相同优先级的数据，则随机选择传输顺序。

所有节点(包括中间节点)自己的数据优先级最低。

步骤3、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发。

其中，步骤2中中间节点对两个数据的融合过程如图2所示。

首先读取两个数据的包头，判断字段A，若不同表示不同数据类型，则不进行数据融合，继续读取其他数据，若相同，表示相同数据类型，则继续判断字段C，若字段C的源节点ID中没有重复，则直接对两个数据的字段C进行合并，若字段C的源节点ID中有重复，则对重复的源节点ID只保留其中一个，再对两个数据的字段C进行合并。合并好字段C后根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先级。至此，完成两个数据的融合过程。中间节点对所有收到的所有数据完成融合后，根据融合后数据的优先级进行转发。

下面结合如图3所示以一个具体的传输实施来说明数据融合过程：一个多跳无线传感网络包含传感节点(sensor node)和汇聚节点(sink)两种节点，所有传感节点的数据都要传输至汇聚节点。所有节点生成的数据优先级初始化为1。

节点N1的缓存有数据的情况下，收到节点N2的数据后，进行数据融合时需按要求对数据包头中的字段B和C进行修改，具体过程如图4所示。当节点N1缓存中本来有两种类型数据DATA1和DATA2(这里用DATA1表示其为第一种类型的数据)，优先级皆为2，DATA1的源节点为ID1和ID2，DATA2的源节点为ID3和ID5。节点B缓存中有两种类型数据DATA2和DATA3，优先级分别为2和1。DATA2的源节点为ID3和ID7，DATA3的源节点为ID9。当节点N1收到节点N2的数据后，节点N1发现可以对数据进行融合。融合过程中判断N1原有缓存中的DATA2的源节点ID3与收到的DATA2的源节点ID3相同，故融合后的DATA2的源节点为ID3、ID5和ID7，优先级为3。最终融合为三种类型数据DATA1、DATA2和DATA3，优先级分别为2、3和1，DATA1的源节点为ID1和ID2，DATA2的源节点为ID3、ID5和ID7，DATA3的源节点为ID9。表示节点N1传输三种类型的数据顺序为DATA2、DATA3和DATA1。数据优先级变化过程如表1所示。

表1

节点N1原有数据(优先级)	节点N2数据(优先级)	N1融合后的数据(优先级)
			DATA1(2)	DATA2(2)	DATA1(2)
DATA2(2)	DATA3(1)	DATA2(3)
					DATA3(1)

同时，本发明还提供一种多跳无线传感网络数据传输***，包括：

数据生成模块、用于生成数据包，该数据包的包头中含有三个字段，分别代表数据类型、优先级、源节点ID；

数据融合模块、用于当中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断数据类型，对不同数据类型不进行数据融合，保持数据优先级不变；对同类型数据再判断源节点ID并进行数据融合，根据源节点ID的个数修改数据的优先级；

数据转发模块、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发，对于具有相同优先级的数据，则随机选择传输顺序。

其中，所述数据融合模块包括：

第一判断模块、用于读取两个数据的包头，判断是否属于同一数据类型，如果不同，则不进行数据融合，继续读取其他数据；

第二判断模块、用于当属于同一数据类型时判断源节点ID；

第一数据融合模块、如果源节点ID没有重复，则直接对两个数据的进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先级；

第二数据融合模块、如果源节点ID重复，则对重复的源节点ID只保留一个，再对两个数据进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先极。

可见，本发明对数据在多跳网络的传输过程中，不同传感节点的同类型数据进行融合，并对融合后的数据标记不同的优先级，融合过程中通过判断数据的源节点ID来保证优先级标记的正确性，最终达到减少整个网络中数据传输量，对高优先级的数据进行优先传输，并保证更多节点生成的数据优先可靠传输的目的。

本发明的方法适合于传感节点大范围部署的大型多跳无线传感网络，如森林生态环境监测、海洋环境监测的网络等。因为是针对事件的网络，所以需重点考虑重要事件数据的及时有效传输，不必考虑可能带来的节点间接入的不公平。

Claims (7)

1.一种多跳无线传感网络数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、源节点生成数据包，该数据包的包头中含有三个字段，分别代表数据类型、优先级、源节点ID；

步骤2、中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断数据类型，对不同数据类型不进行数据融合，保持数据优先级不变；对同类型数据再判断源节点ID并进行数据融合，根据源节点ID的个数修改数据的优先级；

步骤3、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发。

2.根据权利要求1所述的多跳无线传感网络数据传输方法，其特征在于，步骤3中对于具有相同优先级的数据，则随机选择传输顺序。

3.根据权利要求2所述的多跳无线传感网络数据传输方法，其特征在于，步骤1中源节点生成数据包时先对三个字段进行初始化，其中优先级字段初始化为最低优先级，源节点ID初始化成该源节点的ID。

4.根据权利要求3所述的多跳无线传感网络数据传输方法，其特征在于，源节点及中间节点自己生成的数据优先级最低。

5.根据权利要求1所述的多跳无线传感网络数据传输方法，其特征在于，步骤2具体包括如下步骤：

步骤21、首先读取两个数据的包头，判断是否属于同一数据类型

步骤22、如果不同，则不进行数据融合，继续读取其他数据，若相同，则继续判断源节点ID；

步骤23、如果源节点ID没有重复，则直接对两个数据的进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先级；

步骤24、如果源节点ID重复，则对重复的源节点ID只保留一个，再对两个数据进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先极。

6.一种多跳无线传感网络数据传输***，其特征在于，包括：

数据生成模块、用于生成数据包，该数据包的包头中含有三个字段，分别代表数据类型、优先级、源节点ID；

数据融合模块、用于当中间节点收到两个源节点发送的数据后，读取各数据包的包头，先判断数据类型，对不同数据类型不进行数据融合，保持数据优先级不变；对同类型数据再判断源节点ID并进行数据融合，根据源节点ID的个数修改数据的优先级；

数据转发模块、根据融合后的数据优先级由高到低的顺序进行转发。

7.根据权利要求6所述的多跳无线传感网络数据传输***，其特征在于，所述数据融合模块包括：

第一判断模块、用于读取两个数据的包头，判断是否属于同一数据类型，如果不同，则不进行数据融合，继续读取其他数据；

第二判断模块、用于当属于同一数据类型时判断源节点ID；

第一数据融合模块、如果源节点ID没有重复，则直接对两个数据的进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先级；

第二数据融合模块、如果源节点ID重复，则对重复的源节点ID只保留一个，再对两个数据进行融合，并根据源节点ID的个数计算融合后数据的优先极。

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