[发明专利]无线传感器网络中的数据传输方法、节点和系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体而言，涉及一种无线传感器网络中的数据传输方法、节点和系统。

背景技术

无线传感器网络涉及多学科高度交叉、知识高度集成。它能够通过各种各样集成化的微型传感器节点相互协作、实时地监测和采集环境或监测对象的信息，并及时地将这些信息通过各种无线方式发送，以自组织多跳的方式传输到用户终端，从而实现物理世界、信息世界以及人类世界的连通。如果说因特网改变了人与人之间的交流方式，那么无线传感器网络就改变人与自然交互的方式，是因特网向物理世界的延伸。

无线传感器网络是动自组织网络(Mobile Ad Hoc Network，MANET)，是资源受限的网络，节点的电源能量、通信能力、存储计算能力都很有限，因此，无线传感器网络所支持的路由协议需要考虑这些因素，不能太过复杂。而传统的路由协议缺少对节能方面的考虑，可扩展性也达不到传感器网络的要求，使得以往的路由协议标准和草案无法直接应用到其路由协议当中，因而目前的无线传感器网络还不完善，其数据的转发过程存在带宽利用低、可靠性差和延时较大等问题。

针对其带宽利用低的问题，相关技术中考虑了无线通信网络中的网络编码(Network Coding)技术，网络编码是一种融合编码和路由的信息交换技术。它在传统存储转发的路由方法基础上，通过允许对节点接收到的多个数据包进行编码信息融合，增加单次传输的信息量，从而提高网络整体性能。当网络编码应用于无线通讯网络时，不仅可以提高信息传输率、增加网络通信的鲁棒性、节约能量，而且对整个网络可以起到均衡负载的作用。

如图1所示的蝴蝶网络拓扑结构示意图，图中S是信源，Y和Z是信宿，各链路带宽均为1比特/单位时间，假设要将2比特数据b1、b2从S传到Y、Z，S与Y，Z之间分别存在两条独立的路径，由于两组路径之间存在共有链路WX，b1、b2不能同时在边WX上传输，此时S到Y、Z的最大速率为1.5比特/单位时间。而图2描述了采用网络编码的蝴蝶网络拓扑结构示意图，S与Y，Z之间分别存在两条独立的路径，如果采用网络编码方法，在节点W上对b1、b2执行异或操作再进行转发，则节点Y可以通过的计算解出b2，同理Y也可解出b1，从而使得S到Y、Z的速率达到2比特/单位时间。因此，基于网络编码的多播实现了理论上的最大传输容量，带宽利用率提高了33％。

然而，因无线路由器网络中数据的传输均是以广播的形式进行发送的，而无线路由器网络中各个节点通常有很多的邻节点，因此，在进行数据转发时，节点将会将待发数据广播给各个邻节点，因此采用上述网络编码技术的无线路由器网络的能耗依旧比较高，不能满足实际使用的需要。

针对相关技术中无线传感器网络中数据传输时能耗较高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无线传感器网络中的数据传输方法、节点和系统，以至少解决上述无线传感器网络中数据传输时能耗较高的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种无线传感器网络中的数据传输方法，该方法包括：源节点确定向目的节点发送数据时，根据路由表建立管道，其中，该路由表包括：邻居节点标识、邻居节点到当前节点的链路质量、邻居节点的剩余能量和邻居节点的跳数；管道包括主路径节点和管道节点；源节点将待发送的原始数据分成指定数量个数据包，并将指定数量个数据包进行网络编码；源节点通过管道发送编码后的数据包。

其中，源节点根据路由表建立管道包括：从源节点开始的每个节点根据自身的路由表中邻居节点的剩余能量和链路质量选择下一个主路径节点，直至目的节点为止；每个主路径节点根据自身的路由表中同跳数邻居节点的剩余能量和链路质量选择指定个同跳数邻居节点作为管道节点，其中，同跳数邻居节点指跳数与主路径节点的跳数相同的邻居节点。

从源节点开始的每个节点根据自身的路由表中邻居节点的剩余能量和链路质量选择下一个主路径节点包括：从源节点开始的每个节点计算每个下游邻居节点对应的指标B＝E+αP，选择指标最大的下游邻居节点作为下一个主路径节点，其中，E为下游邻居节点的剩余能量，P为根据下游邻居节点的链路质量计算的脉冲重复率，α为调节参数。

其中，每个主路径节点根据自身的路由表中同跳数邻居节点的剩余能量和链路质量选择指定个同跳数邻居节点作为管道节点包括：每个主路径节点计算每个同跳数邻居节点对应的指标B＝E+αP，根据指标的大小选择指定个同跳数邻居节点作为管道节点，其中，E为同跳数邻居节点的剩余能量，P为根据同跳数邻居节点的链路质量计算的脉冲重复率，α为调节参数。