一种基于压缩感知的无线传感网络中数据的动态重传方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压缩感知的无线传感网络中数据的动态重传方法，对于无线传感网络而言，在数据路由的过程中，由于近sink区域承担了更多的数据量，从而导致近汇聚节点区域节点消耗的能量远比网络中其他区域更多，近汇聚节点区域节点的寿命往往决定了整个网络的寿命。而由于其他区域承担的数据量远小于近汇聚节点区域，所以当网络死亡时，网络常常有着大量的能量剩余，而这些能量无法再利用或回收。因此，本发明专利技术在保证网络寿命的前提下，充分利用网络中的剩余能量，以近汇聚节点区域的能量消耗为基准，对于有剩余能量的节点，当数据路由出现丢包时，根据其对应节点的剩余能量动态确定数据重传策略，进行数据包的重传，以降低数据路由的丢包率，对比以往的方法，本发明专利技术的方法大幅提高了网络的数据传输精度，降低了网络数据重构误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩感知的无线传感网络中数据的动态重传方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其是一种基于压缩感知的无线传感网络的数据路由方法。
技术介绍
随着无线传感网络研究的深入，无线网络的普及以及压缩感知在无线传感网络的应用，如何高效的利用无线传感网络的能量，提高数据传输精度，延长网络的寿命已经变得越来越重要。已经有大量研究针对无线传感网络的压缩感知算法做出优化改进，却忽视了不可靠网络丢包对于数据重构精度的巨大影响，且传统无线传感网络节点工作模式的能量利用效率较低。本专利技术针对以上问题，对于网络数据路由的一般策略进行研究和改进。传统的无线传感网络中，少量的丢包对于网络整体性能不会产生较大的影响。然而对于使用压缩感知的无线传感网络，即使少量丢包造成的影响，也会在数据压缩和重构的过程中不断地扩大。所以数据传输精度是压缩感知无线传感网络一个重要的性能衡量指标，提高数据传输精度，降低丢包率对于网络效果具有十分重要的意义。对于无线传感网络而言，网络的寿命取决于网络中第一个死亡的节点，因为当网络中有一个节点死亡，网络的性能就会急剧的下降以致瘫痪，所以我们认为网络的寿命就是网络从开始运行到网络中第一个节点死亡的时间。而近sink区域节点的寿命往往决定了整个网络的寿命。由于其他区域承担的数据量远小于近sink区域，所以当网络死亡时，网络常常有着大量的能量剩余，而这些能量无法再利用或回收。因此，我们希望在保证网络寿命的前提下，充分利用网络中的剩余能量，提高数据传输精度，从而改进网络的性能。大量的无线传感网络研究针对网络传播算法进行改进提升，但是由于忽视了网络中不同位置传感器的工作负担不同，对于全网采取统一的算法，导致网络中能量的利用不充分，整个网络的能量消耗不均衡。本专利技术创新地提出了数据丢包动态重传方法，对于网络中不同位置的节点采取不同丢包重传机制，最大化利用节点剩余能量，均衡网络能量消耗，降低因丢包而造成的数据重构误差，提高网络的数据传输精度。
技术实现思路
本专利技术提供一种能降低因丢包而造成数据重构误差，提高数据传输精度的无线传感网络数据动态重传方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种动态的网络重传机制，包括如下步骤：步骤一、计算网络中不同区域节点的数据承担量和能量消耗；步骤二、计算网络中不同区域节点所能达到的丢包重传次数；步骤三、当网络数据路由出现丢包情况时，根据其节点对应的最大丢包重传次数，进行数据的重传；基于上述的无线传感网络数据动态重传方法，能在保证网络寿命不变的条件下，降低因丢包而造成的数据重构误差，提高数据传输精度。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对压缩感知无线传感网络中能量消耗不均衡以及网络丢包对数据重构精度有很大影响的问题，首次提出了网络数据动态重传方法，对于远sink能量有剩余的区域，充分的利用其剩余能量，在保证网络寿命的条件下，动态地计算不同位置节点的最大重传次数，在发生丢包时进行数据重传以保证传输精度。通过这种方法在保证网络寿命的条件下提高了能量利用率，并极大的减小了数据重构误差，提升了数据重构精度。附图说明图1为本专利技术实施例基于压缩感知的无线传感网络的数据传输准确率示意图。图2为本专利技术实施例在不同丢包率下网络数据重构误差对比示意图。图3为本专利技术实施例网络不同区域数据重构误差对比示意图。图4为本专利技术实施例网络数据总体重构误差对比示意图。图5为本专利技术实施例网络能量消耗对比示意图。图6为本专利技术实施例网络寿命示意图。具体实施方式下面结合附图及实例，对本专利技术做进一步说明。图中，CSDRA是指本专利技术提出的无线传感网络数据动态重传方法，CDG是指一种传统的数据路由策略，NMAE是指归一化平均绝对误差。在本实施例中，无线传感器网络中所有的传感器节点随机部署在一个正方形区域，本实施例主要包括如下内容。步骤一，网络各区域节点承担数据量以及能量消耗的计算。具体而言，为了确定网络不同区域节点的实际能达到的最大丢包重传次数，首先需要计算网络各个区域节点承担的数据量以及能量消耗情况。计算公式如下：首先计算网络中不同区域节点的数据承担量，设网络半径为R，其计算公式如下：其中r为节点发射半径，λ为事件产生率，每个节点采用最短路由路径，l为节点距离sink的距离，z为使z+r刚好小于R的整数。当计算得到节点承担的数据量后，接下来就可以计算节点的能量消耗El，公式如下：其中er表示接收单位数据所消耗的能量，et,1代表当节点据sink的距离小于阈值d0时发送单位数据所需要消耗的能量，et,2则代表距离大于阈值d0时发送单位数据所需要消耗的能量，Eelec代表传输路线的损耗，εfs和εamp是功率放大所需要的能量。步骤二，网络中不同区域节点所能达到的丢包重传次数的计算。因为近sink区域是网络节点承担数据量最大的区域，也即能量消耗最大的区域，所以网络寿命取决于近sink区域节点的寿命。而当网络死亡时，远sink区域节点常常有大量能量剩余。故为了保证网络寿命不变，并提高网络数据传输精度，降低网络数据重构误差，本专利技术方法以近sink区域节点的能量消耗为依据，计算网络不同区域节点实际能达到的最大丢包重传次数，具体计算方法如下：首先根据近sink区域的节点能量消耗Esink和节点本身能量消耗El，计算节点所能达到的最大重传次数Nlmax，公式如下：接下来根据我们期望达到的网络传输成功率Q和丢包率P计算期望达到的最大重传次数N，其计算公式如下:最后计算节点的实际最大重传次数Nl：使用以上方法确定实际最大重传次数的好处在于：当某位置节点有能量剩余且能达到我们期望的传输成功率要求时，则增加最大重传次数使其达到阈值要求，但当达到阈值要求后不再继续增加最大重传次数以追求传输成功率的提高。以此在保证网络效果的前提下，最大程度减少能量消耗，延长网络寿命。而如果某位置节点的剩余能量不足以达到阈值要求，当出现丢包时，使其尽最大努力发送即可，即在保证网络寿命不受影响的情况下，尽量利用节点剩余能量尝试进行数据包的重传。步骤三，网络实际运行过程中的数据动态重传方法。现在我们的方法已经根据网络不同区域的情况，为其对应节点动态的设定了不同的实际最大重传次数值。则当实际应用中网络进行数据路由时，一旦某节点出现丢包现象，其将根据上述方法计算得到的实际最大重传次数Nl，尝试进行数据包的重传，重传次数的上限为Nl，如果在上限次数范围内，节点成功进行了数据包的传输，没有发生丢包，则完成丢包重传策略；如果达到上限时节点仍未成功进行丢包重传，则终止重传尝试，结束丢包重传机制。由于现实中各网络节点的能量消耗往往与理论情况有少许偏差，本专利技术方法也可以根据现实情况动态地更新近sink区域的节点能量消耗Esink和不同区域节点的能量消耗El，并更新节点所能达到的最大重传次数Nlmax，最后计算得到节点的实际最大重传次数Nl，计算的方法与上文相同，以此保证本方法的精确性和可靠性，从而确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压缩感知的无线传感网络中数据的动态重传方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、计算网络中不同区域节点的数据承担量和能量消耗；/n步骤二、计算网络中不同区域节点所能达到的丢包重传次数；/n步骤三、当网络数据路由出现丢包情况时，根据其节点对应的最大丢包重传次数，进行数据的重传。/n

【技术特征摘要】
1.一种压缩感知的无线传感网络中数据的动态重传方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、计算网络中不同区域节点的数据承担量和能量消耗；
步骤二、计算网络中不同区域节点所能达到的丢包重传次数；
步骤三、当网络数据路由出现丢包情况时，根据其节点对应的最大丢包重传次数，进行数据的重传。


2.根据权利要求1所述的压缩感知的无线传感网络中数据的动态重传方法，其特征在于，步骤一中计算网络中不同区域节点的数据承担量和能量消耗的具体步骤为：首先计算网络中不同区域节点的数据承担量，设网络半径为R，其计算公式如下：



其中r为节点发射半径，λ为事件产生率，每个节点采用最短路由路径，l为节点距离sink的距离，z为使z+r刚好小于R的整数。
当计算得到节点承担的数据量后，接下来就可以计算节点的能量消耗El，其计算公式如下：



其中er表示接收单位数据所消耗的能量，et,1代表当节点据sink的距离小于阈值d0时发送单位数据所需要消耗的能量，et,2则代表距离大于阈值d0时发送单位数据所需要消耗的能量，Ee...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋博，刘安丰，滕浩钧，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43