CN112996055A

CN112996055A - 一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法

Info

Publication number: CN112996055A
Application number: CN202110282803.0A
Authority: CN
Inventors: 罗涛; 廖永行; 胡金龙; 沈晓慧; 李蓝; 秦明钢
Original assignee: Seventh Research Institute Of China Electronics Technology Group Corp
Current assignee: Seventh Research Institute Of China Electronics Technology Group Corp
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2041-03-16
Also published as: CN112996055B

Abstract

本发明提供一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，包括如下：判断是否为小报文数据，若是，则进入下一步，否则直接进行传输；确定从源节点到目的节点的固定传输路径；根据优先得分，计算等待合并概率；将各中继节点的等待合并概率进行排序，并筛选前q个作为中继节点的子序列进行合并；与目的节点建立小报文数据的多跳传输，若各中继节点的等待合并概率触发合并等待，则进入下一步，否则传输到目的节点；小报文数据在节点等待L分钟，在等待时间内，若有k个相同目的地址的小报文数据，则进行数据合并；否则，任意一个小报文数据达到等待时间后，对当前所有小报文数据进行合并；合并后的数据报文传输到目的节点；目的节点接收后，更新优先得分，通过确认报文发送至各个源节保存更新信息。

Description

一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法。

背景技术

随着网络和分布式技术的发展，数据同步的需求与日俱增。然而，在带宽受限的无线自组织网络中，如何实现高效的数据同步是亟待解决的问题。

小规模数据更新或增量的数据同步常常会产生大量的同步小数据报文，在带宽有限的多跳网络中，某些中间或边缘节点在一段时间内向同一目的节点，发送数量众多的同步小数据报文，降低了网络传输效率，也增加了不必要的网络传输开销。

因此，针对带宽有限的无线自组织网络的数据同步问题，如何利用中间数据节点和网络特性，进行高效地的小数据报文合并传输，从而有效提升数据同步效率和降低网络开销具有挑战性。

现有技术如中国专利公开号：CN105636148A，公开日：2016-06-01，提出了一种无线多跳网络数据传输方法，其包含以下步骤：

(1)节点探测：主节点或边界节点发送受控中继区域探测信息，其它节点接收、应答和转发探测消息，经数轮转发和应答后，使主节点或边界节点三跳内的近邻节点均获知自己离主节点或者边界节点的跳数及转发路径；

(2)节点角色设定：根据探测消息接收、应答情况，将近邻节点设定为阻断节点或中继节点，并将与阻断节点邻接的节点设定为边界节点；

(3)受控中继区域建立：以边界节点为逻辑区域划分的边界条件，建立受控中继区域，使受控中继区域内的所有节点均为可靠中继节点；

(4)时隙复用分配：对受控中继区域内的每个可靠中继节点进行信息时段时隙复用分配；

(5)数据收发：可靠中继节点在其分配到的信息时段时隙发送数据，在其未分配到信息时段时隙接收数据；

(6)时隙竞争：阻断节点和未分配到信息时段时隙的节点采用载波侦听方式竞争占用预留时隙。

然而该现有技术还存在以下缺点：

(1)没有利用多跳网络的中间节点特性对数据进行合并，存在一定时间段内重复建立连接浪费带宽的情况。

(2)每个节点都需要大量的计算，探测和设定的计算和网络传输开销较大。

中国专利公开号：CN101252534A，公开日：2008-08-27，公开了一种通过链路层报文合并提高移动自组织网络通信容量的方法，其首先在发送端对新产生的网络层报文依据下一跳地址添加在发送缓冲区的不同的缓冲队列中，并依据网络层报文的长度将其与原队尾报文进行合并处理或将其作为一个对立的报文进行存储；在接收端对接收到的链路层报文提取时，将链路层数据长度和网络层报文的长度进行比较进行判断，并通过循环处理完成各网络层报文的提取。

该现有技术同样存在以下问题：

(1)需对现有的协议栈做修改。

(2)没有针对多跳的网络考虑。

(3)从数据链路层考虑的方法，没有考虑到应用和业务层的特点，并在网络层提出方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术网络传输开销大，传输效率低下，浪费宽带资源的问题，提供了一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其能有效的提高了数据同步的效率，有效降低了网络开销。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，所述的方法步骤包括如下：

S1：在数据同步建立传输前，先判断是否为小报文数据，如果为小报文数据，则进入步骤S2，否则直接进行传输；

S2：根据已知路由信息，确定从源节点到目的节点的固定传输路径；

S3：根据在源节点储存的各中继节点的优先得分S，计算在路径上各中继节点N对应的等待合并概率P；

S4：将各中继节点的等待合并概率P从高至低进行排序，筛选出等待合并概率最高的前q个作为中继节点的子序列，并根据子序列对应的等待合并概率进行合并；

S5：与目的节点建立小报文数据的多跳传输，并在传输过程中根据各中继节点的等待合并概率触发合并等待，当被触发时，进入步骤S6，否则继续传输直到数据报文到达目的节点；

S6：传输的小报文数据在该节点等待L分钟，在等待时间内，如果该中继节点的缓冲队列中有k个相同目的地址的小报文数据，则直接对这k个小报文数据进行合并；否则，在所有相同目的地址的小报文数据中任意一个达到等待时间后，对当前所有小报文数据进行合并；记录合并后合并信息向量V；

S7：合并后的数据报文沿传输路径进行传输至目的节点；

S8：目的节点接收完成后，更新优先得分，将更新优先得分通过确认报文发送至各个源节点，中继节点及源节点保存更新信息。

优选地，所述的小报文数据是指传输时间要求在2分钟及以上，传输数据不超过2KB。

进一步地，所述的小报文数据的格式如下：

Flag-ip_to-MSGTEXT

其中，Flag表示小报文数据标志位，当数据为小报文时，flag＝1，否则，flag＝0；

ip_to表示传输目的节点的ip地址，长度为2bits；

MSGTEXT表示小报文携带的数据。

再进一步地，步骤S3，在初始状态下，所有中继节点优先得分的初始得分均为100；

其中，第k个中继节点的等待合并概率Pk，计算公式如下：

Pk＝(Sk/∑(S1+S2+S3…+Sm))*100％；

其中，Sk为第k个中继节点的优先得分。

再进一步地，所述的合并信息向量V表示如下：

V＝(I,U,T)

其中，I表示合并成功标志位，当合并成功时，I＝1，当合并失败时，I＝0；U 表示合并数据包个数，当合并失败时，U＝0；T表示所有小报文数据中最长等待时间，单位为s。

再进一步地，步骤S6，所述的合并的过程包括如下步骤：

S601：当中继节点接收到小数据报文的等待合并请求后，将小数据报文加入到缓冲队列中，并将缓冲队列标记上目的节点的ip地址；

S602：当触发合并条件后，中继节点从缓冲队列中按照顺序读取小数据报文，并在合并报文头部添加目的地址，合并成标志位等信息；

S603：根据目的地址发送合并数据报文。

再进一步地，步骤S8，具体地，根据合并信息向量V及原先的中继节点k 的优先得分Sk，更新对应的优先得分Sk_n，并分别发送携带对应报文序号和更新的节点优先得分Sk_n的确认报文至各源节点处，各中继节点在接收和转发时进行保存。

再进一步地，步骤S8，在原有Sk的基础上通过合并信息向量V更新优先得分Sk_n的过程如下：

Sk_n＝Sk*(2/3)，当I＝0；

Sk_n＝Sk*(1+(U/m_max))*(1+T_area)，当I＝1；

其中，U表示合并数据包个数；m_max表示所有小数据报文中单个小数据报文在本次传输中经过的最多的中继节点个数；

其中，T_area由下式确定：

T_area＝1/2，T<1min；

T_area＝1/3，1min≤T<2min；

T_area＝1/4，2min≤T<3min；

T_area＝1/5，3min≤T<4min；

T_area＝1/6，4min≤T<5min；

T表示所有小报文数据中最长等待时间。

一种计算机***，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时，实现如上述的方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时，实现如上述的方法的步骤。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过与目的节点建立小报文数据的多跳传输，并通过有效选择合理的合并位置进行小数据合并，提高了数据同步的效率；同时通过合理的反馈机制，增加了传输频率较高的中继节点的合并频率，有效降低了网络开销。

附图说明

图1是实施例1所述的方法的步骤流程图。

图2是实施例1所述的小报文数据格式。

图3为实施例1所述的小报文数据结构。

图4为实施例1中数据同步示例。

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，仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，所述的方法步骤包括如下：

所述的小报文数据，是指实时性要求低(传输时间要求在2分钟及以上)，数据较小(不超过2KB)的数据；

S2：根据已知路由信息，确定从源节点到目的节点的固定传输路径N＝{N1， N2，N3…Nm}；

其中，Nk为路径上从源节点开始经过的第k个节点，m为传输路径上的中继节点总个数；

其中，在初始状态下，所有中继节点的优先得分被设置为相同的初始得分 100；

对于第k个中继节点的等待合并概率Pk，计算表达式如下：

Pk＝(Sk/∑(S1+S2+S3…+Sm))*100％；

其中，Sk表示第k个中继节点的优先得分。

S4：将各中继节点的等待合并概率P从高至低进行排序，当多个中继节点等待合并概率相同时，则对这些中继节点进行随机排序，从而得到传输路径N上所有中继节点的优先合并序列P’＝{P1’,P2’,P3’…Pm’}，并筛选出等待合并概率最高的前5个作为中继节点的子序列{P1’,P2’,P3’,P4’,P5’}，并根据子序列对应的等待合并概率进行合并；

其中，Pk’代表等待合并概率第k高的中继节点；

所述的小报文数据的格式组成如图2所示，

Flag-ip_to-MSGTEXT

其中，flag表示小报文数据标志位，当数据为小报文时，flag＝1，否则，flag＝0；ip_to表示传输目的节点的ip地址；MSGTEXT表示小报文携带的数据；

S6：传输的小报文数据在该节点等待L分钟(例如L＝2)，在等待时间内，如果该中继节点的缓冲队列中有k个相同目的地址的小报文数据(例如k＝5)，则直接对这k个小报文的数据进行合并；否则，在所有相同目的地址的小报文数据中任意一个达到等待时间后，对当前所有小报文数据进行合并；记录合并后合并信息向量V；

所述的合并信息向量V表示如下：

V＝(I,U,T)

在一个具体的实施例中，所述的合并的过程包括如下步骤：

S603：根据目的地址发送合并数据报文。

其中，合并后的报文数据结构MSGTEXT，如图3所示；其中，len表示合并后报文数据长度；act表示合并成功标志位I；Get表示所有小报文数据中最长等待时间T；num表示合并数据包个数U；ip_from表示合并的中继节点的ip地址；ip_to表示目的节点地址；ip_src_k表示第k个小数据报文的源节点ip地址； Msgk_len表示第k个小数据报文的长度；MSGk表示第k个小报文数据的内容。

S7：合并后的数据报文沿传输路径进行传输至目的节点；

S8：目的节点接收完成后，根据合并信息向量V及原先的中继节点k的优先得分Sk，更新对应的优先得分Sk_n，并分别发送携带对应报文序号和更新的节点优先得分Sk_n的确认报文至各源节点处，各中继节点在接收和转发时进行保存；

其中，服务器在原有Sk的基础上通过合并信息向量V更新优先得分Sk_n 的过程如下：

Sk_n＝Sk*(2/3)，当I＝0；

Sk_n＝Sk*(1+(U/m_max))*(1+T_area)，当I＝1；

其中，T_area由下式确定：

T_area＝1/2，T<1min；

T_area＝1/3，1min≤T<2min；

T_area＝1/4，2min≤T<3min；

T_area＝1/5，3min≤T<4min；

T_area＝1/6，4min≤T<5min；

T表示所有小报文数据中最长等待时间。

基于以上所述的小数据报文合并方法，给出一个具体的实施例如下：

如图4所示，当一个长度为200B且不限制到达时间要求的小数据报文从A 节点发至D节点时，进入小报文数据的传输流程；根据路由信息，决定其传输路径为N＝{B,C}；假定B，C的优先得分分别为Sb＝30，Sc＝50，则

B的等待合并概率为30/(30+50)＝37.5％

C的等待合并概率为50/(30+50)＝62.5％

根据其等待合并概率大小，得到可以进行等待合并的中继节点子序列为{C,B}

随后，建立A与D的多跳传输；

假定在B节点通过概率37.5％触发了等待合并，则由A节点发出的该小数据报文在B节点等待2分钟，进入B节点的对应缓冲队列，假定在1分钟20秒时，对应缓冲队列内的小数据报文达到了5个，则直接进行合并，并获取缓冲队列中等待时间最长的小数据报文的等待时间3分钟40秒(220秒)，则该合并报文的合并信息向量V＝(I＝1,U＝5,T＝220)，并添加到合并报文的头部信息中，同时进行和下一跳C节点的传输；

C节点在接收到该合并报文后，识别到其头部的合并信息向量，直接向下一跳D节点进行传输；

D节点接收到合并报文后，获取其信息向量V＝(I＝1,U＝5,T＝220)，并获取到所有小数据报文中最长路径为经过了5个中继节点，则m＝5的同时更新B节点的优先得分Sb_n＝Sb*(1+5/5)*(1+1/5)＝72；

向所有小数据报文的对应源节点发送确认报文，同时添加B节点更新的优先得分Sb_n；

中继节点在接收到确认报文后，进行转发并保存B节点更新的优先得分Sb_n；各源节点在接收到确认报文后，保存B节点更新的优先得分Sb_n。

实施例2

一种计算机***，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时，实现的方法步骤如下：

S6：传输的小报文数据在该节点等待L分钟，在等待时间内，如果该中继节点的缓冲队列中有k个相同目的地址的小报文数据，则对这k个小报文数据直接进行合并；否则，在所有相同目的地址的小报文数据中任意一个达到等待时间后，对当前所有小报文数据进行合并；记录合并后合并信息向量V；

S7：合并后的数据报文沿传输路径进行传输至目的节点；

实施例3

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时，实现的方法步骤如下：

S7：合并后的数据报文沿传输路径进行传输至目的节点；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：所述的方法步骤包括如下：

S7：合并后的数据报文沿传输路径进行传输至目的节点；

2.根据权利要求1所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：所述的小报文数据是指传输时间要求在2分钟及以上，传输数据不超过2KB。

3.根据权利要求2所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：所述的小报文数据的格式如下：

Flag-ip_to-MSGTEXT

ip_to表示传输目的节点的ip地址，长度为2bits；

MSGTEXT表示小报文携带的数据。

4.根据权利要求3所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：步骤S3，在初始状态下，所有中继节点优先得分的初始得分均为100；

其中，第k个中继节点的等待合并概率Pk，计算公式如下：

Pk＝(Sk/∑(S1+S2+S3…+Sm))*100％；

其中，Sk为第k个中继节点的优先得分。

5.根据权利要求4所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：所述的合并信息向量V表示如下：

V＝(I,U,T)

其中，I表示合并成功标志位，当合并成功时，I＝1，当合并失败时，I＝0；U表示合并数据包个数，当合并失败时，U＝0；T表示所有小报文数据中最长等待时间，单位为s。

6.根据权利要求5所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：步骤S6，所述的合并的过程包括如下步骤：

S603：根据目的地址发送合并数据报文。

7.根据权利要求6所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：步骤S8，具体地，根据合并信息向量V及原先的中继节点k的优先得分Sk，更新对应的优先得分Sk_n，并分别发送携带对应报文序号和更新的节点优先得分Sk_n的确认报文至各源节点处，各中继节点在接收和转发时进行保存。

8.根据权利要求7所述的面向无线自组织网数据同步的小数据报文合并方法，其特征在于：步骤S8，在原有Sk的基础上通过合并信息向量V更新优先得分Sk_n的过程如下：

Sk_n＝Sk*(2/3)，当I＝0；

Sk_n＝Sk*(1+(U/m_max))*(1+T_area)，当I＝1；

其中，T_area由下式确定：

T_area＝1/2，T<1min；

T_area＝1/3，1min≤T<2min；

T_area＝1/4，2min≤T<3min；

T_area＝1/5，3min≤T<4min；

T_area＝1/6，4min≤T<5min；

T表示所有小报文数据中最长等待时间。

9.一种计算机***，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时，实现如权利要求1～8任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述的计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～8任一项所述的方法的步骤。