基于构造干扰的无线传感器网络数据分发的拓扑控制方法技术

技术编号:19188146 阅读:41 留言:0更新日期:2018-10-17 02:41
本发明专利技术涉及一种基于构造干扰的无线传感器网络数据分发的拓扑控制方法,属于无线通信技术领域。其特点是:在充分利用构造干扰的条件下,分布式地选择合适并发节点集合进行数据分组并发传输,以此来提高了接收链路质量、减少无线传感器网络中数据分发的能耗和延迟。采用本发明专利技术以后,能够在无线传感器网络实现数据分发的低能耗和低延迟,特别适用于需要低延迟和低能耗数据分发的应用,如实时监测系统等。

Topology control method for data dissemination in wireless sensor networks based on structural interference

The invention relates to a topological control method for data distribution in wireless sensor networks based on constructive interference, which belongs to the field of wireless communication technology. Its characteristics are: under the condition of fully utilizing constructional interference, distributed selection of suitable set of concurrent nodes for data packet concurrent transmission, in order to improve the quality of receiving link, reduce the energy consumption and delay of data distribution in wireless sensor networks. The invention can realize low energy consumption and low delay in data distribution in wireless sensor networks, and is especially suitable for applications requiring low delay and low energy consumption, such as real-time monitoring systems.

【技术实现步骤摘要】
基于构造干扰的无线传感器网络数据分发的拓扑控制方法
本专利技术属于无线通信
,具体涉及一种基于构造干扰的无线传感网络数据分发的分布式拓扑控制方式。
技术介绍
数据分发是无线传感器网络的基本服务之一,其主要目的是尽可能快且有效的以多跳方式将数据包从源节点转发到其他所有结点。在实际网络应用中,数据分发一般用于通知节点和更新节点系统参数。传统的数据分发协议一般采用基于竞争的MAC协议(CSMA/CA或TDMA)。然而,这些协议经常导致节点之间严重的信道争用,并且解决信道争用会产生显著的开销。另外,确定无干扰的数据分发节点调度是一个NP完全问题,对于大规模节点调度问题时间复杂度高,并且易受突然拓扑变化的影响。在数据分发中运用构造干扰(Constructiveinterference,简称CI)能够有效的减少信道的争用,提高信号质量,减少传输延迟和能量消耗。CI来源于硬件对多径信号的容忍,当多个发送机同时传输相同分组时,多个信号可以在公共接收机上建设性叠加,而不会引起相消干扰,从而显著地增强信号强度。无论节点密度和网络大小如何,基于CI的数据分发方式都能实现数据分组快速传输。虽然CI在数据分发方面有很多优势,但是最近[DisoYinWang,YunhaoLiu,YuanHe,XiangYangLi,andDapengCheng.“Disco:Improvingpacketdeliveryviadeliberatesynchronizedconstructiveinterference”,2015]指出,即在多个信号完美叠加的条件下,多个并发传输的信号也可能破坏性的叠加,从而降低了信号接收性能、增加传输延迟和消耗额外能耗。因此,如何选择合适的并发节点集合对于基于CI的数据分发非常重要。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题,本专利技术的目的是提供一种基于构造干扰的无线传感器网络数据分发的拓扑控制方法,在保证网络中所有节点都成功解码数据的前提下,最小化基于CI数据分发时的传输延迟和能量消耗。本专利技术公开了一种基于构造干扰的无线传感网络数据分发的拓扑控制方法,网络中所有节点维护两跳的邻居信息,并把两跳邻居节点分成RecSet和unRecSet集合,RecSet表示成功解码的邻居节点集合,unRecSet表示还未成功解码的邻居节点集合;节点接收或者偷听到数据分组或者节点选择信息时,动态地更新其RecSet和unRecSet集合,每个成功解码数据的节点在每个时隙设置一个定时器,当定时器时间到后,节点基于本地unRecSet集合信息,在RecSet中选择并发节点一起传输。网络中所有已解码节点维持本地的两跳信息RecSet集合和unRecSet集合,已解码节点基于其RecSet和unRecSet进行本地决策,选择并发传输节点集合并发传输,分布式并发传输节点选择步骤如下:步骤1:时刻t,所有成功解码数据的节点i根据其unRecSeti集合大小和其到unRecSeti集合中节点j的链路质量lij设置一个定时器,定时器时间设置为:步骤2:当节点i定时器时间到后,节点i进行并发节点选择,选择出其并发传输节点集合,在RecSeti中选择最少节点协助自己并发传输,使得在RecSeti中最多节点成功解码数据,同时,所有被选择的协同节点广播ACK消息;步骤3:接收或者偷听到ACK消息的已解码节点j动态更新RecSetj和unRecSetj,并且依据unRecSetj重新设置定时器,当unRecSetj为空集时,节点j取消定时器,时隙t节点j不再进行并发节点选择;步骤4:在网络中所有已解码节点都完成一次并发节点选择过程后,整个时隙t的并发传输节点集合为所有已解码节点并发传输节点集合的交集,时隙t的并发传输节点集合中所有节点同时广播数据分组;步骤5:网络中所有成功解码的节点重新收集两跳邻居信息,更新RecSetj和unRecSetj集合,若网络中所有节点成功解码,则操作结束;否则跳到步骤一,进行下一时刻t+1分布式并发节点选择。有益效果:本专利技术基于CI的数据分发方式,减少了数据分发中节点的信道争用问题,增强了信号强度,减少了传输延迟;另外,通过unRecSet集合来控制节点的并发选择过程的执行次序,显著地减少了数据分发时选择的并发节点的数量,减少了传输能量消耗;并且分布式方式易于部署、有很强的扩展性,特别适合于需要低延迟和低能耗进行数据分发的无线传感器网络应用,如实时传感器网络监控系统。本专利技术为本领域的技术进步拓展了空间,实施效果好。附图说明图1为本专利技术的数据分发的并发节点选择流程图;图2为实施例的一个含有10个节点的网络模型。具体实施方式下面结合附图和实施例进一步阐述本专利技术。实施例:如图1所示的一种基于CI的无线传感器网络数据分发的拓扑控制方法。如图2为含有10个节点的网络模型,虚线表示两节点相邻,源节点1需要把数据发送给网络中的所有其他节点。现固定节点的发射功率3dm,考虑无线电自由空间传播模型,图2中节点之间的数字表示节点之间的实际链路质量。本实施例基于CI的并发节点选择具体如下操作:1)时隙t=0,所有成功解码数据的节点根据其RecSet和unRecSet设置定时器。时隙t=0,只有源节点1成功解码并设置定时器。节点1的RecSet1和unRecSet1分别为{1}和{2,3,4,5,6},则节点1的定时器时间设置为:其中C=1。2)时隙t=0,节点1的定时器时间到后,节点1根据本地两跳信息进行并发节点选择过程,其从RecSet1选择最少并发节点集合使得在unRecSet1中最多的节点成功解码数据。此时,节点1的concurrentrelayset={1},同时,节点1的concurrentrelayset内所有节点广播ACK消息。3)时隙t=0,接收或者偷听到ACK消息的已解码节点需要动态更新其RecSet和unRecSet。此时,仅节点1成功解码数据,故节点1更新其RecSet1和unRecSet1。以节点1的视角,时刻t=0进行并发数据传输,能使一跳邻居节点2和节点3成功解码数据,故节点1把节点2和3放入RecSet1集合,即RecSet1和unRecSet1分别为{1,2,3}和{4,5,6}。4)时隙t=0,在节点1执行完节点并发选择之后,整个时隙的并发节点选择过程结束(没有其他节点定时器设置)。时隙t=0的并发传输集合为所有已解码节点选择的并发节点的交集,即时隙t=0的concurrentrelayset={1}。时隙0的并发传输集合一起传输,使得新节点2和节点3成功解码数据。5)所有成功解码的节点重新收集两跳邻居信息(即节点1,2,3),更新其RecSet和unRecSet集合。网络中还有未解码节点,则进行下一时隙t=1节点并发选择过程。6):时隙t=1,网络中成功解码数据的节点有1,2和3,节点2的RecSet和unRecSet分别为{1,2,3}和{5,6,7,8};节点3的RecSet和unRecSet分别为{1,2,3}和{4,6,7,8};节点1的RecSet和unRecSet分别为{1,2,3}和{4,5,6}。已解码节点1,2和3设置定时器,此时,节点2的定时器时间最短,节点3次之,节点1的定时器时本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于构造干扰的无线传感网络数据分发的拓扑控制方法,其特征在于:网络中所有节点维护两跳的邻居信息,并把两跳邻居节点分成RecSet和unRecSet集合,RecSet表示成功解码的邻居节点集合,unRecSet表示还未成功解码的邻居节点集合;节点接收或者偷听到数据分组或者节点选择信息时,动态地更新其RecSet和unRecSet集合,每个成功解码数据的节点在每个时隙设置一个定时器,当定时器时间到后,节点基于本地unRecSet集合信息,在RecSet中选择并发节点一起传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于构造干扰的无线传感网络数据分发的拓扑控制方法,其特征在于:网络中所有节点维护两跳的邻居信息,并把两跳邻居节点分成RecSet和unRecSet集合,RecSet表示成功解码的邻居节点集合,unRecSet表示还未成功解码的邻居节点集合;节点接收或者偷听到数据分组或者节点选择信息时,动态地更新其RecSet和unRecSet集合,每个成功解码数据的节点在每个时隙设置一个定时器,当定时器时间到后,节点基于本地unRecSet集合信息,在RecSet中选择并发节点一起传输。2.根据权利要求1所述的一种基于构造干扰的无线传感网络数据分发的拓扑控制方法,其特征在于:网络中所有已解码节点维持本地的两跳信息RecSet集合和unRecSet集合,已解码节点基于其RecSet和unRecSet进行本地决策,选择并发传输节点集合并发传输,分布式并发传输节点选择步骤如下:步骤1:时刻t,所有成功解码数据的节点i根据其unRecSeti集合大小和其到unRecSe...

【专利技术属性】
技术研发人员:常相茂陈奕臻
申请(专利权)人:南京航空航天大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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