[发明专利]一种面向低速无线自组网的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明属于无线自组网领域，具体涉及一种面向低速无线自组网的数据传输方法。

背景技术

无线自组网络通常是指有大量静止或移动的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络，主要用于协作感知、采集、处理和传输覆盖地理区域内被感知对象的信息，是物联网的重要技术之一。在无线自组网中，节点不仅具有普通移动终端所需的功能，而且具有报文转发能力。当节点要与其覆盖范围之外的节点进行通信时，需要中间节点的多跳转发。因此，无线自组网能否组网成功与各通信节点之间的信号覆盖范围有关，即节点与节点之间的信号传输距离极大地影响无线自组网络的组网能力。通常，无线电波在空气中的传输速率c、频率f和波长λ关系可描述为公式(1)。

λ＝c/f(1)

当无线的电波的频率越高，其波长越短，其绕射能力越弱。同时，无线电波信号在空气中传输的损耗可按公式(2)计算。

Los＝32.44+20lgd+20lgf (2)

式(2)中Los是传输损耗，单位是dB，d是传输距离，单位是Km，f是工作频率，单位是MHz。因此，传输的损耗与频率成正比，即无线电波的频率越高，传输损耗越大，那么传输频率越高，传输距离越短。因此，对于有些节点之间部署距离较远，或者中间存在障碍物的应用，例如大型建筑物内部的无线网络互联，通常会选用较低的频率来提高信号的传输距离和绕射能力，也就是选用较低的数据传输速率。本专利中所述的低速无线自组网通常是指节点之间传输速率低于9600pbs，甚至更低的无线网络。

同时，在无线自组网中，为了实现数据的传递往往需要多跳转发，而多跳转发的前提是在转发时需要寻找合适的路由。目前，无线自组网的路由协议主要可分为基于逻辑拓扑结构的路由协议和基于地理位置的路由协议，其中基于逻辑拓扑结构的路由协议主要包括AODV、DSR、TORA、DSDV、OLSR等，这些协议往往都是通过主动或者按需的方式探测路由线路并在每个节点保存相应的路由表信息，这种路由协议在大规模网络环境应用下会造成控制包广播风暴的问题，严重影响数据传输效率和可靠性，尤其对于低速网络显得力不从心；而基于地理位置的路由协议，例如GPSR、LAR、DREAM等，它们根据位置信息向比自己更靠近目的节点的邻居转发消息，即通过贪婪算法实现数据转发，提高了数据传输效率，但网络中的节点需要根据GPS等装置获取自己的地理位置信息，并通过互相发送信标消息获取邻居节点的位置。也就是说，基于地理位置的路由协议中的节点不需要维护和更新路由表信息，但是为了准确获取邻居节点的位置信息，必须周期性地通过广播方式与邻居节点交换信标信号，这同样会占用大量的网络带宽，从而降低整个网络的性能，因此也不适合带宽受限低速无线传感网络。所以，如何实现一种能够在低速无线网络环境下的数据传输机制便成了对于那些需要较好穿透力的无线网络应用领域亟待解决的问题。相比较而言，基于地理位置的路由协议所需要的带宽较小，然而，由于基于地理位置的路由协议往往采用贪婪算法获取下一跳，就不可避免会出现路由空洞的问题。虽然，目前不少学者们提出了很多地理位置路由协议来解决无线传感器网络中的路由空洞问题，然而他们往往都是采用局部最优方法来解决，路有效率不高。

因此，针对低速无线自组网，如何提供一种高效的数据传输方法使其能否成功应用的关键。

发明内容

针对无线自组网在数据传输方面存在的不足，尤其是低速无线自组网数据传输效率不高的技术问题，本发明提出了一种基于位置的源路由传输方法，最大程度地减少传输延时，提高传输效率。

为实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种面向低速无线自组网的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)传感器节点编址，即对各路由节点和汇集节点以及终端节点进行传感器节点编址；

(2)建立节点拓扑关系，设定无线自组网中节点之间无线信号最乐观的通信半径为D_Optimistic；

(3)全局规划源路径，根据需要传输数据的汇集节点和目标节点信息，以及拓扑位示图，依据最短距离准则规划一条从汇集节点到目标节点的全局源路径Path＝N₁N₂……N_n-1N_n，N_i表示源路径上第i个路由节点，而N₁为汇集节点，N_n为目标节点，N_iN_i+1表示全局源路径上的一段路径，整个全局源路径包含n-1段路径；