一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法及裝置，用于解決現有技術中存在部分中繼節點能量消耗過大，導致信息傳輸準確性差的問題。方法為：源節點確定待發送的數據包數目n，以及可使用的中繼節點的數目m，n≤m；源節點分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的n個中繼節點；源節點將待發送的n個數據包分別通過上述n個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點的方法，在源節點和目的節點之間增加中繼節點，多路徑傳輸信息，提高了信息傳輸的效率，節約了源節點和目的節點的能量。
【專利說明】一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信領域，尤其涉及一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法及裝置。
【背景技術】
[0002]WSN (Wireless Sensor Network,無線傳感器網絡)是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡。無線網絡中的各個傳感器相互協作，以感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內感知對象的監測信息，這些監測信息通過大量的傳感器節點發送至用戶。
[0003]WSN節點電源的能量為有限值，且WSN節點的通信能力和處理能力受節點電源能量的影響，即隨著WSN某節點電源能量的下降，信息接收端的誤碼率隨之升高，通信狀況會變差。為了使接收端獲得更加精確的信息，往往需要在被監測區域部署節點密度很大的成千上萬個鄰居節點，使得每個節點周圍都含有大量的鄰居節點。在WSN中，由源節點經過多跳發送至目的節點來實現信息的傳遞。傳統的網絡中，往往使用單一路徑傳輸數據信息的方法，例如，在一些網絡結構中，節點以簇的形式進行分布，如圖1所示，在該簇中選擇一個節點作為管理節點，該管理節點被成為簇頭節點，用于簇內信息的匯總、轉發以及對其他簇的信息進行接收。對于上述網絡結構，所有信息的傳輸均以簇頭節點為中繼節點，在簇頭節點之間通過單跳方式實現信息的傳輸，導致簇頭節點負擔較重，容易因為能量的大量消耗而失效。在多數網絡中，也存在源節點于目的節點之間傳輸路徑單一，僅在源節點大量的鄰居節點中，選擇一個節點作為中繼節點來完成源節點與目的節點之間的信息傳輸。參閱圖2所示，源節點s和目的節點t之間的信息傳輸路徑為S，即源節點s和目的節點t之間的信息傳輸為多跳傳 輸，而傳輸路徑僅為一條，該傳輸路徑中的中繼節點的能量消耗較大，當中繼節點的能量消耗殆盡時，會造成信息傳輸的錯誤。
[0004]綜上所述，在無線傳感器網絡的信息傳輸過程中，存在部分中繼節點能量消耗過大，導致信息傳輸準確性差的問題。
【發明內容】
[0005]本發明實施例提供一種無線傳感器網絡的信息傳輸方法及裝置，用以解決現有技術中存在部分中繼節點能量消耗過大，導致信息傳輸準確性差的問題。
[0006]本發明實施例提供的具體技術方案如下:
[0007]—種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法，包括:
[0008]源節點確定待發送的數據包數目n，以及可使用的中繼節點的數目m，n^m；
[0009]源節點分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點；
[0010]源節點將待發送的η個數據包分別通過所述η個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點。[0011]—種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法,包括:
[0012]目的節點通過m個中繼節點中傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點接收源節點按照上述方法發送的η個數據包。
[0013]一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸裝置，包括:
[0014]統計模塊，用于確定待發送的數據包數目η，以及可使用的中繼節點的數目m，n ^ m ；
[0015]計算模塊，用于分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點；
[0016]發送模塊，用于將待發送的η個數據包分別通過所述η個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點。
[0017]一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸裝置，包括:
[0018]接收模塊，用于通過m個中繼節點中傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點接收源節點按照上述方法發送的η個數據包。
[0019]本發明實施例中，通過源節點確定待發送的數據包數目η，以及可使用的中繼節點的數目m，n < m ;源節點分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點；源節點將待發送的η個數據包分別通過η個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點的方法，在源節點和目的節點之間增加中繼節點，多路徑傳輸信息，提高了信息傳輸的效率，節約了源節點和目的節點的能量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現有技術中分簇網絡中信息的傳輸方式示意圖；
[0021]圖2為現有技術中無線傳感器網絡中信息的傳輸方式示意圖；
[0022]圖3為本發明實施例中基于無線傳感器網絡的信息傳輸裝置；
[0023]圖4為本發明實施例中基于無線傳感器網絡的信息傳輸流程圖；
[0024]圖5為本發明實施例中無線傳感器網絡中三條路徑實現信息傳輸示意圖；
[0025]圖6為本發明實施例中無線傳感器網絡中η條路徑實現信息傳輸示意圖；
[0026]圖7為本發明實施例中在m個中繼節點對應的傳輸路徑中計算最小能量消耗傳輸路徑的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]為了解決現有技術中存在部分中繼節點能量消耗過大，導致信息傳輸準確性差的問題，本發明實施例中，通過源節點確定待發送的數據包數目Π，以及可使用的中繼節點的數目m，η < m ;源節點分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點；上述每一個中繼節點對應的傳輸路徑為由源節點經中繼節點至目的節點的路徑；源節點將待發送的η個數據包分別通過η個中繼節 點對應的傳輸路徑發往目的節點的方法，在源節點和目的節點之間增加中繼節點，多路徑傳輸信息，提高了信息傳輸的效率，節約了源節點和目的節點的能量。[0028]下面結合附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。
[0029]參閱圖3所示，本發明實施例中，基于無線傳感器網絡的信息傳輸裝置包括統計模塊31，計算模塊32，發送模塊33，接收模塊34，其中，
[0030]統計模塊31，用于確定待發送的數據包數目n，以及可使用的中繼節點的數目m，n ^ m ；
[0031]計算模塊32，用于分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點；
[0032]發送模塊33，用于將待發送的η個數據包分別通過上述η個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點；
[0033]接收模塊34，用于目的節點通過m個中繼節點中傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點接收源節點按照上述方法發送的η個數據包。
[0034]基于上述技術方案，參閱圖4所示，本發明實施例中，基于無線傳感器網絡的信息傳輸的詳細流程如下:
[0035]步驟400:源節點確定待發送的數據包數目η，以及可使用的中繼節點的數目m，η < m。
[0036]參閱圖5所 示為當中繼節點為3個，即由源節點到目的節點的傳輸路徑有3條時信息傳輸的示意圖。若源節點周圍的鄰居節點有三個，這三個鄰居節點即可作為中繼節點，源節點利用上述3個中繼節點組成的三條傳輸路徑進行信息傳輸。在現有技術中，上述信息傳輸是基于網絡編碼技術:圖5中的源節點S經過多跳將信息發送至其中一個節點(1)，通過多路徑對信息傳輸至節點(5)，由節點(5)經過多跳將信息發送至目的節點t。現僅研究節點(I)與節點(5 )之間的信息傳輸。將節點(I)視為源節點，節點(2 )、( 3 )、( 4)視為中繼節點，節點(5 )視為目的節點，現將節點(I)所攜帶信息A發送至節點(2 )和節點(3 )，將節點(2)和節點(3)上信息進行模2加運算(即邏輯上的異或運算)后得到的信息B發送至節點(4)。目的節點(5)接收上述信息后，對節點(3)和節點(4)所發送信息進行解碼，這樣，即使節點(2 )、節點(3 )或節點(4 )對應的傳輸路徑中信息出現嚴重衰減，目的節點(5 )也可以依賴另外兩路信息解析出所源節點(I)所發送的信息。
[0037]由于在無線傳感器網絡中，源節點、目的節點或者簇頭節點的周圍存在大量鄰居節點，因此，無線傳感器網絡中中繼節點的數目不限于3個。基于上述3個中繼節點傳輸信息過程，當上述中繼節點數目不限于3個，即由源節點進行數據傳輸時，對應的信息傳輸路徑不僅僅為3條時，源節點確定待發送的數據包數目n，以及可使用的中繼節點的數目m，2 ^ n ^ m,源節點向m個節點采用廣播方式發送數據包。任意一個中繼節點接收到的由源節點廣播的η個數據包為:
/-{.-(0),...,.ν,(Λ-?)}
^qo1 Λ:^(ο),...^:(/ν-ι)}
[0038]./:,:{..? (ο),...,.-? Cv-1)}
[0039]其中，N為數據包中所包含的元素數目。
[0040]本發明實施例中,在m個中繼節點中，每一個中繼節點均接收到源節點發送η個數據(即上式中的Ρη)，每一個中繼節點都會采用各自的編碼向量分別對接收到的η個數據包進行編碼生成相應的信息包后，轉發至目的節點。
[0041]步驟410:源節點分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的n個中繼節點。
[0042]具體為:
[0043]采用線性網絡編碼，中繼節點i (1≤i≤m)將接收到的n個信息進行組合，得到下式所示的信息包并發送到下一跳節點:
[0044]
【權利要求】
1.一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法，其特征在于，包括: 源節點確定待發送的數據包數目n，以及可使用的中繼節點的數目m，η < m ; 源節點分別根據每一個中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，在確定的m個中繼節點中，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點； 源節點將待發送的η個數據包分別通過所述η個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，源節點根據各中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，選擇傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點，包括: Α、根據m個的各中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，計算m個中繼節點對應的傳輸路徑的能量消耗值； B、根據計算結果，在m個中繼節點中去除能量消耗最大的中繼節點,令m= m — I ； C、重復執行步驟A和B，直至最終確定能量消耗值相對最小的η個中繼節點。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，根據m個的各中繼節點對應的傳輸路徑的距離及信噪比，計算m個中繼節點對應的傳輸路徑的能量消耗值；
采用公式
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，在m個中繼節點中去除能量消耗最大的中繼節點，包括: 將dk最大的中繼節點去除后，計算剩余中繼節點對應的傳輸路徑的能量消耗值fl ； 將ek最大的中繼節點去除后，計算剩余中繼節點對應的傳輸路徑的能量消耗值f2 ；比較f I和f2的大小，若f l>f2，則從m個中繼節點中去除dk最大的中繼節點，若Π< f2，則從m個中繼節點中去除ek最大的中繼節點。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，源節點將待發送的數據包通過所述η個中繼節點對應的傳輸路徑發往目的節點，包括: 源節點將待發送的η個數據包分別發送至每一個中繼節點，由每一個中繼節點采用各自的編碼向量分別對接收到的η個數據包進行編碼生成相應的信息包后，轉發至目的節點。
6.一種基于無線傳感器網絡的信息傳輸方法，其特征在于，包括: 目的節點通過m個中繼節點中傳輸路徑的能量消耗值相對最小的η個中繼節點接收源節點按照權利要求1發送的η個數據包。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，具體包括: 目的節點分別通過所述η個中繼節點中的每一個中繼節點接收經相應中繼節點的編碼向量處理的信息包，并從接收的所有信息包中解碼獲得所需的η個數據包。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，目的節點從接收的所有信息包中解析獲得所需的η個數據包，包括:目的節點分別接收每一個中繼節點發送的信息包，通過差錯檢測方法判斷接收的所有信息包的誤碼率，并在確定所述誤碼率低于設定門限值時，對接收到的所有信息包進行解碼，以獲得源節點發送的η·個數據包。
【文檔編號】H04W52/02GK103857020SQ201210510035
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月4日 優先權日:2012年12月4日
【發明者】劉金棟 申請人:天津中興軟件有限責任公司