一种面向低速无线自组网的数据传输方法技术

本发明专利技术属于无线自组网领域，涉及一种面向低速无线自组网的数据传输方法。针对现有技术在无线自组网数据传输方面存在的不足，本发明专利技术通过采用全局链路状态进行路径方向规划，尽量找到一条较优源路由线路，以避免传输空洞等问题，提高了传输效率；在此基础上，本发明专利技术在全局源路径上的逐段传递数据时，进一步引入了源路由的方法进行局部路径发现和数据传递，有效降低了等待时间，提高了路径发现效率，进一步提高了数据传输效率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向低速无线自组网的数据传输方法
本专利技术属于无线自组网领域，具体涉及一种面向低速无线自组网的数据传输方法。
技术介绍
无线自组网络通常是指有大量静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络，主要用于协作感知、采集、处理和传输覆盖地理区域内被感知对象的信息，是物联网的重要技术之一。在无线自组网中，节点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的多跳转发。因此，无线自组网能否组网成功与各通信节点之间的信号覆盖范围有关，即节点与节点之间的信号传输距离极大地影响无线自组网络的组网能力。通常，无线电波在空气中的传输速率c、频率f和波长λ关系可描述为公式(1)。λ＝c/f(1)当无线的电波的频率越高，其波长越短，其绕射能力越弱。同时，无线电波信号在空气中传输的损耗可按公式(2)计算。Los＝32.44+20lgd+20lgf(2)式(2)中Los是传输损耗，单位是dB，d是传输距离，单位是Km，f是工作频率，单位是MHz。因此，传输的损耗与频率成正比，即无线电波的频率越高，传输损耗越大，那么传输频率越高，传输距离越短。因此，对于有些节点之间部署距离较远，或者中间存在障碍物的应用，例如大型建筑物内部的无线网络互联，通常会选用较低的频率来提高信号的传输距离和绕射能力，也就是选用较低的数据传输速率。本专利中所述的低速无线自组网通常是指节点之间传输速率低于9600pbs，甚至更低的无线网络。同时，在无线自组网中，为了实现数据的传递往往需要多跳转发，而多跳转发的前提是在转发时需要寻找合适的路由。目前，无线自组网的路由协议主要可分为基于逻辑拓扑结构的路由协议和基于地理位置的路由协议，其中基于逻辑拓扑结构的路由协议主要包括AODV、DSR、TORA、DSDV、OLSR等，这些协议往往都是通过主动或者按需的方式探测路由线路并在每个节点保存相应的路由表信息，这种路由协议在大规模网络环境应用下会造成控制包广播风暴的问题，严重影响数据传输效率和可靠性，尤其对于低速网络显得力不从心；而基于地理位置的路由协议，例如GPSR、LAR、DREAM等，它们根据位置信息向比自己更靠近目的节点的邻居转发消息，即通过贪婪算法实现数据转发，提高了数据传输效率，但网络中的节点需要根据GPS等装置获取自己的地理位置信息，并通过互相发送信标消息获取邻居节点的位置。也就是说，基于地理位置的路由协议中的节点不需要维护和更新路由表信息，但是为了准确获取邻居节点的位置信息，必须周期性地通过广播方式与邻居节点交换信标信号，这同样会占用大量的网络带宽，从而降低整个网络的性能，因此也不适合带宽受限低速无线传感网络。所以，如何实现一种能够在低速无线网络环境下的数据传输机制便成了对于那些需要较好穿透力的无线网络应用领域亟待解决的问题。相比较而言，基于地理位置的路由协议所需要的带宽较小，然而，由于基于地理位置的路由协议往往采用贪婪算法获取下一跳，就不可避免会出现路由空洞的问题。虽然，目前不少学者们提出了很多地理位置路由协议来解决无线传感器网络中的路由空洞问题，然而他们往往都是采用局部最优方法来解决，路有效率不高。因此，针对低速无线自组网，如何提供一种高效的数据传输方法使其能否成功应用的关键。
技术实现思路
针对无线自组网在数据传输方面存在的不足，尤其是低速无线自组网数据传输效率不高的技术问题，本专利技术提出了一种基于位置的源路由传输方法，最大程度地减少传输延时，提高传输效率。为实现上述目的，本专利技术具体技术方案如下：一种面向低速无线自组网的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)传感器节点编址，即对各路由节点和汇集节点以及终端节点进行传感器节点编址；(2)建立节点拓扑关系，设定无线自组网中节点之间无线信号最乐观的通信半径为DOptimistic；(3)全局规划源路径，根据需要传输数据的汇集节点和目标节点信息，以及拓扑位示图，依据最短距离准则规划一条从汇集节点到目标节点的全局源路径Path＝N1N2……Nn-1Nn，Ni表示源路径上第i个路由节点，而N1为汇集节点，Nn为目标节点，NiNi+1表示全局源路径上的一段路径，整个全局源路径包含n-1段路径；(4)以汇集节点为源节点，数据在全局源路径上逐段传递，即局部路径发现和数据传递，为此将逐段传输中的信宿节点称为目的节点，以区别全局路径上的信宿节点——目标节点；(5)判断当前节点是否为目标节点，如果不是目标节点则转步骤(4)，如果是目标节点转步骤(6)；(6)目标节点向汇集节点回传数据。进一步的，上述步骤(1)中，传感器节点编址的方法包括如下步骤：(1.1)根据传感器节点的部署密度，对路由节点和汇集节点部署区域进行规律化的二维网格划分，确保每个网格尽量包含一个路由节点或汇集节点，且只能包含一个路由节点或汇集节点；(1.2)根据传感器节点所在的网格位置对每个传感器节点进行编址，编址后节点的位置信息为(x，y，n)，x表示传感器节点位于网格的列数，y表示传感器节点位于网格的行数，n表示该网格中的终端节点序号，其中汇集节点和路由节点的n值为0，终端节点的n值大于等于1。进一步的，上述步骤(2)中，拓扑关系用拓扑位示图来表示，即每个网格用两个二进制位描述其状态，其中00表示该网格不存在节点，01表示该网格存在节点但信号不通，10表示该网格存在节点且信号一般，11表示该网格存在节点且信号较好，在系统初始化时，如果网格中不存在节点则表示为00，如果存在节点则表示为11，即初始为信号较好状态，以后根据实际的通信情况反馈进行更新。进一步的，上述步骤(4)中，数据在全局源路径上逐段传递包括如下步骤：(4.1)发送侦测帧，且侦测帧＝{源节点地址，侦测命令码，候选节点地址列表，整个网路的拓扑位示图}。(4.2)应答侦测回应帧，即收到侦测帧的节点，如果发现自己在该帧的候选节点地址列表中，则根据自己在该列表中的位置进行延时(IFS+k*ΔT)后向源节点发送侦测回应帧，且侦测回应帧＝{源节点地址，侦测回应命令码，应答节点地址，源节点发送包的RSSI}。其中k为该节点在该列表中的位置，IFS为帧间间隔，而ΔT帧发送所需时间；(4.3)决策下一跳节点，即源节点收到所有候选节点的侦测回应帧后，或等待时间到后，如果收到了目的节点的侦测回应帧，则下一跳节点为目的节点，否则对源节点与所有回应节点之间的通信质量进行评估，在此基础上选取其中具有最好评估质量的节点作为下一跳节点。(4.4)数据传输，即源节点在决定好下一跳节点后，则向该节点发送数据帧，且数据帧＝{源节点地址，数据命令码，下一跳节点地址，目的节点地址、数据，校验码}；(4.5)应答数据回应帧，在下一跳节点收到数据帧后，且经过校验正确，则向源节点发送数据回应帧。且数据回应帧＝{源节点地址，数据回应码，应答节点地址}；(4.6)保存父节点信息，即在下一跳节点发送完应答数据回应帧后将源节点作为父节点信息保存，便于后续传递数据；同时如果该节点不是目的节点则以该节点为源节点，将其所收到的数据继续往目的节点方向传递；(4.7)当源节点发送数据帧后，在规定的时间内没有收到下一跳节点的数据回应帧，则该源节点将重发三次数据帧，如果仍然接收不到下一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向低速无线自组网的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)传感器节点编址，即对各路由节点和汇集节点以及终端节点进行传感器节点编址；(2)建立节点拓扑关系，设定无线自组网中节点之间无线信号最乐观的通信半径为DOptimistic；(3)全局规划源路径，根据需要传输数据的汇集节点和目标节点信息，以及拓扑位示图，依据最短距离准则规划一条从汇集节点到目标节点的全局源路径Path＝N1N2……Nn‑1Nn，Ni表示源路径上第i个路由节点，而N1为汇集节点，Nn为目标节点，NiNi+1表示全局源路径上的一段路径，整个全局源路径包含n‑1段路径；(4)以汇集节点为源节点，数据在全局源路径上逐段传递，即局部路径发现和数据传递，为此将逐段传输中的信宿节点称为目的节点，以区别全局路径上的信宿节点——目标节点；(5)判断当前节点是否为目标节点，如果不是目标节点则转步骤(4)，如果是目标节点转步骤(6)；(6)目标节点向汇集节点回传数据。

【技术特征摘要】
1.一种面向低速无线自组网的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)传感器节点编址，即对各路由节点和汇集节点以及终端节点进行传感器节点编址；(2)建立节点拓扑关系，设定无线自组网中节点之间无线信号最乐观的通信半径为DOptimistic；(3)全局规划源路径，根据需要传输数据的汇集节点和目标节点信息，以及拓扑位示图，依据最短距离准则规划一条从汇集节点到目标节点的全局源路径Path＝N1N2……Nn-1Nn，Ni表示源路径上第i个路由节点，而N1为汇集节点，Nn为目标节点，NiNi+1表示全局源路径上的一段路径，整个全局源路径包含n-1段路径；(4)以汇集节点为源节点，数据在全局源路径上逐段传递，即局部路径发现和数据传递，为此将逐段传输中的信宿节点称为目的节点，以区别全局路径上的信宿节点——目标节点；(5)判断当前节点是否为目标节点，如果不是目标节点则转步骤(4)，如果是目标节点转步骤(6)；(6)目标节点向汇集节点回传数据；所述步骤(4)中，数据在全局源路径上逐段传递包括如下步骤：(4.1)发送侦测帧，且侦测帧＝{源节点地址，侦测命令码，候选节点地址列表，整个网路的拓扑位示图}；(4.2)应答侦测回应帧，即收到侦测帧的节点，如果发现自己在该帧的候选节点地址列表中，则根据自己在该列表中的位置进行延时(IFS+k*ΔT)后向源节点发送侦测回应帧，且侦测回应帧＝{源节点地址，侦测回应命令码，应答节点地址，源节点发送包的RSSI}；其中k为该节点在该列表中的位置，IFS为帧间间隔，而ΔT帧发送所需时间；(4.3)决策下一跳节点，即源节点收到所有候选节点的侦测回应帧后，或等待时间到后，如果收到了目的节点的侦测回应帧，则下一跳节点为目的节点，否则对源节点与所有回应节点之间的通信质量进行评估，在此基础上选取其中具有最好评估质量的节点作为下一跳节点；(4.4)数据传输，即源节点在决定好下一跳节点后，则向该节点发送数据帧，且数据帧＝{源节点地址，数据命令码，下一跳节点地址，目的节点地址、数据，校验码}；(4.5)应答数据回应帧，在下一跳节点收到数据帧后，且经过校验正确，则向源节点发送数据回应帧，且数据回应帧＝{源节点地址，数据回应码，应答节点地址}；(4.6)保存父节点信息，即在下一跳节点发送完应答数据回应帧后将源节点作为父节点信息保存，便于后续传递数据；同时如果该节点不是目的节点则以该节点为源节点，将其所收到的数据继续往目的节点方向传递；(4.7)当源节点发送数据帧后，在规定的时间内没有收到下一跳节点的数据回应帧，则该源节点将重发三次数据帧，如果仍然接收不到下一跳节点的数据回应帧，则认为数据发送失败，则其向其上一跳节点回复数据传输失败的NCK帧，且NCK帧＝{源节点地址，数据传输失败命令码，目的节点地址，该节点更新后的网路的拓扑位示图}；(4.8)对于收...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，金红，高强，尤优，
申请(专利权)人：镇江智拓智能科技发展有限公司，李峰，
类型：发明
国别省市：江苏;32