一种应用于WSN中的混合数据传输方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种应用于WSN中的混合数据传输方法、设备及存储介质，方法包括以下步骤：在数据包的传输周期内，对节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，根据模糊推理结果判断节点采用数据包再生传输方法还是采用带确认的数据包传输方法。通过本方法，在WSN系统的传输周期内，通过让节点使用模糊推理决策数据包传输方式，以实现时延、能耗和可靠性多性能指标的折衷优化，增强数据传输方案的适应性，使数据包的传输过程具有一定的智能水平。

A hybrid data transmission method, device and storage medium applied in WSN

【技术实现步骤摘要】
一种应用于WSN中的混合数据传输方法、设备及存储介质
本专利技术涉及无线传感器网络
，特别涉及一种应用于WSN中的混合数据传输方法、设备及存储介质。
技术介绍
大量不同类型的传感器被广泛部署到环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、以及交通控制等领域，用于收集环境(温度、湿度)、交通、终端甚至社会活动的大量数据，进而为工业、农业、医疗、车辆物联网等提供数据收集服务，使智能工厂、智能医疗、智能家居和智能交通成为现实。由大量低成本、低功耗的传感器节点组成的无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)是融合物理世界和信息世界的重要一环，是物联网时空数据获取的重要组成部分。由于传感器节点部署的大规模性和能量有限性，监测物理对象和环境的复杂性、动态性和无线通信的不可靠性，数据的收集面临着以下严峻挑战：(1)减少能量消耗。不仅减少数据收集协议的能量消耗是一件具有挑战性的任务，而且仅减少协议本身的能量消耗也并不一定能够有效提高网络寿命。除了尽量减少协议本身的能量消耗外，减少hotspots区域的能量消耗并充分利用非hotspots区域多余的能量消耗，才能有效的提高网络寿命。(2)提高网络可靠性。针对无线数据传输链路本身的不可靠性，现有的提高网络可靠性研究工作主要有两种措施，即丢包避免(packet-lossavoidance)和丢包恢复(packet-lossrecovery)。由于丢包避免方法需要付出相当大的代价，因而出于成本方面的考虑，在网络中得到广泛应用的机制一般是基于丢包恢复。而基于丢包恢复的可靠性协议的代表有：基于失效重传机制(如自动重传(AutomaticRepeat-reQuest，ARQ))的协议以及基于数据包再生机制的协议(如数据包再生路由机制(ProliferationRouting，PR))。PR路由策略比ARQ协议在延迟方面具有更好的优势，是减少传输时延的一种有效方式。但是，在PR路由策略中，为了保证网络传输可靠性和时延，每隔一定的路由跳数，数据包都会复制再生相同的份数m，其未能解决WSN中能量消耗不均的问题，即hotspots区域节点能量消耗高，而非hotspots区域节点能量过剩的问题。因此，如何在减少时延和保证数据传输可靠性的情况下，降低节点能耗、延长网络寿命，满足自适应性能要求，是数据收集中亟待解决的重要问题。由于WSN的复杂性，现阶段多数研究仅仅针对网络的某一种性能指标进行研究，但对提高网络传输可靠性、减少传输延迟、提高能效和延长网络寿命同时进行的研究还不多见；且现有研究提出的绝大多数数据收集策略和算法过于复杂，其实现对硬件的要求过高，因此，它们的有效性还需要进一步的验证。实现能效、时延和可靠性的折中优化问题是本专利技术要解决的关键技术问题。减少节点能耗是WSN数据收集中面临的重要问题。除了尽量减少协议本身的能量消耗外，减少hotspots区域的能量消耗并充分利用非hotspots区域多余的能量消耗，在保证数据传输可靠性和减少时延的同时有效提高网络寿命。将传感网中能效、可靠性、时延等性能指标的综合约束转化为一种多参数自适应约束问题，以获得网络寿命、可靠性、时延的折中优化，是本专利技术拟解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种应用于WSN中的混合数据传输方法、设备及存储介质，能够实现WSN网络的能效、时延以及可靠性的折中优化。本专利技术的第一方面，提供了一种应用于WSN中的混合数据传输方法，应用于WSN中，包括以下步骤：在数据包的传输周期内，对节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，根据模糊推理结果判断节点采用数据包再生传输方法还是采用带确认的数据包传输方法。进一步，所述对节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，进一步包括：对所述距离数据以及剩余能量数据进行归一化处理，通过模糊隶属函数对归一化处理后的所述距离数据以及剩余能量数据进行模糊化处理，转换为相应的模糊集；根据Mamdani型算法进行模糊推理；根据重心法进行去模糊化处理，得到模糊推理结果。进一步，所述节点采用数据包再生传输方法，进一步包括步骤：A1、节点复制若干份带有生存时间TTL的数据包，将数据包随机扩散至对应的中继节点；A2、TTL＝TTL-1，中继节点根据最短路径路由找寻下一跳中继节点；A3、若TTL>0，则跳转至步骤A2；若TTL≤0，则将接收到数据包的中继节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，根据模糊推理结果判断中继节点采用数据包再生传输方法还是采用带确认的数据包传输方法，若模糊推理结果为采用数据包再生传输方法，则跳转至步骤A1；若模糊推理结果采用带确认的数据包传输方法，则中继节点采用带确认的数据包传输方法进行传输。进一步，所述采用带确认的数据包传输方法，进一步包括步骤：节点根据最短路径路由将数据包传输至下一跳中继节点，若接收到下一跳中继节点返回的确认报ACK时，则发送成功，节点清空缓存；若未接收到下一跳中继节点返回的确认报ACK时，则在设定的最大重传次数内，重传数据包，直至数据包传输至汇聚节点。进一步，使用梯形型模糊隶属函数将归一化处理后的所述距离数据转换为相应的模糊集，使用三角形型模糊隶属函数将归一化处理后的所述剩余能量数据转换为相应的模糊集。本专利技术的第二方面，提供了一种应用于WSN中的混合数据传输设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如本专利技术第一方面任一项所述的一种应用于WSN中的混合数据传输方法。本专利技术的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如本专利技术第一方面任一项所述的一种应用于WSN中的混合数据传输方法。本专利技术提供的一种应用于WSN中的混合数据传输方法，至少具有以下有益效果：在本方法中，在WSN系统的传输周期内，通过让节点使用模糊推理决策数据包传输方式，以实现时延、能耗和可靠性多性能指标的折衷优化，增强数据传输方案的适应性，使数据包的传输过程具有一定的智能水平。本公开实施例所实现的更多特点和优势，将在具体实施方式或实践中给出。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步地说明；图1为本专利技术实施例提供的应用于WSN中的混合数据传输方法的实施过程示意图；图2为本专利技术实施例提供的数据包再生传输方法的实施过程示意图；图3为本专利技术实施例提供的带确认的数据包传输方法的实施过程示意图；图4为本专利技术实施例提供的三角形型隶属函数的示意图；图5为本专利技术实施例提供的梯形型隶属函数的示意图；图6为本专利技术实施例提供的应用于WSN中的混合数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于WSN中的混合数据传输方法，应用于WSN中，其特征在于，包括以下步骤：/n在数据包的传输周期内，对节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，根据模糊推理结果判断节点采用数据包再生传输方法还是采用带确认的数据包传输方法。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于WSN中的混合数据传输方法，应用于WSN中，其特征在于，包括以下步骤：
在数据包的传输周期内，对节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，根据模糊推理结果判断节点采用数据包再生传输方法还是采用带确认的数据包传输方法。


2.根据权利要求1所述的一种应用于WSN中的混合数据传输方法，其特征在于，所述对节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，进一步包括：
对所述距离数据以及剩余能量数据进行归一化处理，通过模糊隶属函数对归一化处理后的所述距离数据以及剩余能量数据进行模糊化处理，转换为相应的模糊集；
根据Mamdani型算法进行模糊推理；
根据重心法进行去模糊化处理，得到模糊推理结果。


3.根据权利要求1所述的一种应用于WSN中的混合数据传输方法，其特征在于，所述节点采用数据包再生传输方法，进一步包括步骤：
A1、节点复制若干份带有生存时间TTL的数据包，将数据包随机扩散至对应的中继节点；
A2、TTL＝TTL-1，中继节点根据最短路径路由找寻下一跳中继节点；
A3、若TTL>0，则跳转至步骤A2；若TTL≤0，则将接收到数据包的中继节点至汇聚节点的距离数据以及剩余能量数据进行模糊推理，根据模糊推理结果判断中继节点采用数据包再生传输方法还是采用带确认的数据包传输方法，若模糊推理结果为采用数据包再生传输方法，则跳转至步骤A1；若...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金焕，易臻霞，龙军，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43