[发明专利]一种基于非实时应答机制的无线传感网络数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非实时应答机制的无线传感网络数据传输方法，属于无线传感网络技术领域。

背景技术

目前，无线传感器网络（Wireless Sensor Network，以下简称WSN）技术应用越来越广泛， 无线传感器网络是由大量低成本的传感器节点组成的自组织网络。节点具备无线通信能力，不仅负责环境信息的采集、处理，还要收、发自身和网络的数据。由于此类无线传感器网络常安装于野外，各节点只能采用电池供电，电池不便更换，基本要求各节点正常工作1年以上，因此最大限度的降低节点能耗是系统必须要解决的关键问题之一。

随着应用的推广和研究的投入，已经有各种降低节点功耗的技术方法及产品，这些技术及产品主要涉及到WSN网络的射频模块 MAC（介质接入控制）协议和路由协议、硬体功耗、软体优化等方面内容。然而，大部分对WSN功耗要求较高的场合实际也是数据发送量较少和发送频率较低的场合，通常是在分钟级别的发送频率，每次单个节点发送数据量仅在几个到几十个字节范围内。针对此类应用场合，目前比较先进的基于同步休眠的MESH网络，其已没有终端节点、路由节点、协调器之分别，各节点均具有路由功能，可以实现所有节点之间任意组网，是一个彻底的自组网技术。其节点内部均有RTC，可以实现全网同步休眠，并按设定时间间隔同步唤醒，并通过其状态引脚同步唤醒无线传感器中的数据采集MCU，响应远程控制或进行数据采集和传输通信，最大限度地降低无线传感器节点的功耗,实现网络节点能在长期不更换电池情况下工作。由于所有的节点只同时在规定的时间范围内通讯，其它时间节点进入深度睡眠，从而能够保持最小的功耗，并且能够长时间的稳定工作；同时，其每个节点都具有路由功能，无需任何中继就可以组成网状网络，提高了系统的网络健壮性，特别适用于各类野外WSN系统的应用。然而，因每个节点需要为其余节点提供路由服务，因此其路由开销是最耗能的部分，这虽然在相应的MESH网络里从 MAC（介质接入控制）协议和路由协议里进行了优化设计，但是，其并未规范应用层中相关通信协议，而不同的应用层通信协议对通信数据流量具有明确的影响，影响节点能耗量。

目前已有的降低通信数据量方法较多，具有代表性的包括基于非应答机制的数据帧重传法和无线传感器网络中的邀请重传法。基于非应答机制的数据帧重传法主要应用于大数据量的网络传输，操作较复杂，各类组合帧字节较多，相对小数据量的无线传感器网络而言并不能有效降低数据流量。无线传感器网络中的邀请重传法，其仅在一个通信周期内有效，不能跨周期操作，因而对于短时隙通信周期系统不太适用。其他如数据压缩法、数据聚合法等均主要用于大数量传输网络，在这种小数据量的无线传感器网络中没有明显效果。

中国发明专利（申请号为200510098469.4，公开日为2006年7月12日）公开了一种基于非应答机制的数据帧重传方法和系统，其方法和系统核心均为：无线接入终端确定出现基于非应答机制的被误帧，无线接入终端将该被误帧所在载波链路中已正确接收的数据帧的标识信息传输至网络侧，网络侧根据其接收的标识信息确定需要进行数据重传的数据帧，并进行数据重传。该发明大大简化了无线接入终端检测被误帧的处理过程，简化了无线接入终端与网络侧传输的消息内容，使NAK控制消息的长度减小，从而实现了提高无线继而终端对被误帧的响应速度、提高数据帧重传效率、提高多载波DO系统中有效数据传输效率的目的。但是，其需要将上层分组数据进行打包，并为每个RLP包分配连续的SAR_Seq序号，然后，将具有连续SAR_Seq序号的RLP包根据调度算法分配到不同的载波链路上发送，每个载波链路对其上传输的RLP包分配连续的ARQ_Seq序号；无线接入终端根据各RLP包的ARQ_Seq序号的连续性来检测该载波链路上是否有误帧产生，而RLP包的SAR_Seq序号则用于将多个载波链路上接收到的RLP包重新排序，以便提交到上层处理；如果无线接入终端检测到某个载波链路上ARQ_Seq序号不连续，则说明该载波链路上有误帧产生，无线接入终端需要通过NAK控制消息请求网络侧重新发送被误帧的RLP包。该发明是针对大数据流而设计的；在无线传感器网络里，大部分对WSN功耗要求较高的场合实际也是数据发送量较少和发送频率较低的场合，通常是在分钟级别的发送频率，每次单个节点发送数据量仅在几个到几十个字节范围内，如果采用此技术，经过打包、增加帧序号等相关操作过程，反而增加了需要传输的数据量，因此在WSN环境下不适用。