[发明专利]无线传感器网络中大数据信息低功耗传输的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的数据传输领域，具体涉及一种无线传感器网络中大数据信息低功耗传输的方法。

背景技术

近年来，随着无线通信和电子学的发展，无线传感器网络（Wireless Senior Networks，简称WSN）成为研究和应用热点的新型网络，它由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。但是节点的工作环境很复杂，故一般采用电池供电，这就导致节点的能量非常有限，所以如何降低系统功耗并延长网络的生存时间一直是无线传感器网络的研究重点之一。

无线传感器网络节点的能量一般都损耗在射频通信模块，具体体现在四个方面：空闲侦听、冲突（碰撞）、串音（overhearing）和控制包开销。下面接详细介绍射频通信模块能量损耗的四个方面：

1.空闲侦听。无线传感器网络中的节点使用无线信道收发数据，而且数据的突发性很强，所以节点要始终侦听信道，保持数据接收状态。而数据接收的时间相对于节点侦听信道的时间是少之又少，所以当信道中没有数据传输时，空闲侦听就消耗了没有必要的能量。

2.冲突（碰撞）。无线传感器网络中的节点有可能共用一个信道传输数据，当多个节点向信道中发送数据，接收节点就会因为无线信号的重叠接收到无用的信号。接收节点只好丢弃，然后重传这个数据包，因此造成了额外的能量浪费。

3.串音（overhearing）。无线传感器网络中节点侦听信道时，可能会接收到不是发给自己的数据信息，这样节点接收该数据之后，经过检查不是发送给自己的，必须丢弃，这样节点也浪费了不必要的能量。

4.控制包开销。无线传感器网络应用中，可能为了解决某问题，在数据传递时加入一些控制信息，比如节点间建立连接时的控制包交换或者数据发送和接收的握手信号等等。这些信息的传递也会造成不必要的能量损耗。

鉴于以上的功耗的来源分析，目前也有很多的低功耗研究成果得到了应用的推广，如周期性的侦听和睡眠机制可以降低空闲侦听的能量损耗；CSMA-CA机制可以降低数据碰撞的可能性；RTS/CTS握手信号可以减小串扰带来的能量损耗等等。但是就目前的应用情况来看，无线传感器网络中传输的信息一般比较小，比如温湿度、压力、光强等等，而对于大数据量信息传输的应用还是相对较少。对于大数据量信息传输的网络，其中控制信息也必将增多，如ACK信息，如何控制控制包的开销是大数据量信息传递网络要考虑的因素之一。

发明内容

本发明目的在于提供一种无线传感器网络中大数据信息低功耗传输的方法，其解决了传输中过多控制包带来额外功耗的问题，进一步降低无线传感器网络的功耗。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种无线传感器网络中大数据信息低功耗传输的方法，所述方法采用降低大数据传输时过多的控制信息的方法降低系统功耗，本方法通过无线传输的丢包的数量自适应地调节一次性传输数据包的数量，进而降低数据丢失重传的几率。

对于上述技术方案，发明人还有进一步的优化实施方案。

作为优化，本方法在大数据信息传输时实现块应答机制，在保证数据传输质量的前提下，减少了数据传输中控制信息带来的能量损耗，所述块应答机制是指发送端每发送N个数据包，接收端响应一个ACK信息，而不是每发送一个数据包就请求接收端响应一个ACK信息。

更进一步，本方法根据无线传感器网络的链路质量，可以自适应在发送端的调节连续发送的数据数量，即多次连续传输N个数据包都没有丢包现象，则继续增加N的值，使得连续传输的数据个数更多，进一步减少ACK的数量。

该方法可以减小数据传输丢包重传的几率。当数据传输无误时，自适应ACK机制会增大一次连续传输数据包的数量，而出现丢包严重的时候，自适应ACK机制会减小一次连续传输数据包的数量，从而降低了连续数据包中误包的几率，也意味着降低了数据重传的几率，起到了降低功耗的目的。

进一步，该方法在实现过程中需要向传统的协议数据包和控制包中加入新的控制字段，具体步骤如下：

Ⅰ、首先在数据传输之前，先传输RTS控制包给接收节点，其中RTS字段中要加入本次连续传输的数据包的个数的信息，告诉接收端本次传输数据的个数，并在收到最后一个数据的时候回复ACK信息给发送端；