一種丟包率受控的無線體域網(wǎng)采集數(shù)據(jù)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種對中繼節(jié)點(diǎn)所收到的數(shù) 據(jù)根據(jù)優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)誤包率，控制丟包率的無線體域網(wǎng)采集數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人類的平均壽命不斷增加，隨之而來的社會(huì)中 老齡人口的增加，人口結(jié)構(gòu)中老年人的比重越來越大，但是按照以往的傳統(tǒng)方式對老年人 進(jìn)行貼身照顧已經(jīng)無法滿足，所以遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)是未來對老人進(jìn)行健康監(jiān)控的重要途徑， 也是未來醫(yī)療發(fā)展的重要發(fā)展方向。無線體域網(wǎng)是近年來的一門新興技術(shù)，備受國內(nèi)外關(guān) 注，無線體域網(wǎng)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要拓展，通過將監(jiān)測人體信息的生理傳感器以穿戴 方式或植入體內(nèi)的方式布置在人體周圍或者人體體內(nèi)，組成體域網(wǎng)。生理傳感器可監(jiān)測人 體的體溫，血壓，腦電波，甚至動(dòng)作等。不僅如此還可以利用傳感器監(jiān)測人體周圍環(huán)境指標(biāo)， 如溫度，濕度等。布置到人體內(nèi)的傳感器將所收集到的信息發(fā)送至遠(yuǎn)程的服務(wù)器，由服務(wù)器 對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。傳感器測量得到的各項(xiàng)生理指標(biāo)會(huì)通過體域網(wǎng)，傳送到數(shù)據(jù) 處理中心，通過對所收集到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理和整合，使醫(yī)生或相關(guān)人員能夠及 時(shí)的判斷人體的生理狀態(tài)，甚至動(dòng)作等等。但是需要監(jiān)控的相關(guān)生理指標(biāo)，在不同時(shí)間也有 所不同，所以在需要采集某一傳感器數(shù)據(jù)時(shí)，必須保證其準(zhǔn)確性，滿足服務(wù)質(zhì)量要求。ARC和 FEC兩種錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制，都很難滿足自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)需求，造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)。Marinkovic提 出了利用網(wǎng)絡(luò)編碼作為無線體域網(wǎng)的錯(cuò)誤恢復(fù)機(jī)制，但是這種機(jī)制沒有優(yōu)先級的劃分，每 個(gè)數(shù)據(jù)包都可能擁有錯(cuò)誤以及失真，或者重要的數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失，無法自適應(yīng)于網(wǎng) 絡(luò)和應(yīng)用環(huán)境。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少一個(gè)后面將說明 的優(yōu)點(diǎn)。
[0004] 本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種有效的提高無線體域網(wǎng)的容錯(cuò)性，確定無線體域 網(wǎng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、基站的功能，并給出各個(gè)模塊間相互協(xié)作的方式；確定中繼 節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼的策略，系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)劃分優(yōu)先級并加強(qiáng)保護(hù)劃為優(yōu)先 級的數(shù)據(jù)，以及能根據(jù)當(dāng)前無線體域網(wǎng)的誤包率，使中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)優(yōu)先級制定自適應(yīng) 的編碼策略，并能在基站中將接收到的數(shù)據(jù)解碼恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，使基站得到的解碼后的數(shù) 據(jù)失真少，丟包率底，網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤恢復(fù)能力強(qiáng)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種丟包率受控的無 線體域網(wǎng)采集數(shù)據(jù)傳輸方法。無線體域網(wǎng)包括用于采集數(shù)據(jù)的n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)、接收采集 數(shù)據(jù)并編碼的中繼節(jié)點(diǎn)、和最終接收編碼數(shù)據(jù)的基站，本發(fā)明的方法包括以下步驟：
[0006] 設(shè)定在一個(gè)世代中各傳感器節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)中的優(yōu)先級數(shù)據(jù)；
[0007] 每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中的一部分，且所述中繼節(jié)點(diǎn)設(shè)置為在一個(gè)世 代內(nèi)，至多負(fù)責(zé)一個(gè)采集優(yōu)先級數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0008] 基站檢測當(dāng)前無線體域網(wǎng)的誤包率：若誤包率小于預(yù)定值，則中繼節(jié)點(diǎn)對其中a 個(gè)接收到的采集數(shù)據(jù)直接編碼，而對其余接收到的采集數(shù)據(jù)兩兩異或進(jìn)行編碼；若誤包率 大于或等于預(yù)定值，則中繼節(jié)點(diǎn)對其中b個(gè)接收到的采集數(shù)據(jù)直接編碼，而對其余接收到 的采集數(shù)據(jù)兩兩異或進(jìn)行編碼，并且如果該中繼節(jié)點(diǎn)接收到的采集數(shù)據(jù)中有優(yōu)先級數(shù)據(jù)， 則額外將該優(yōu)先級數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)異或進(jìn)行冗余編碼；
[0009] 基站接收所有直接編碼、異或編碼和冗余編碼，將這些編碼通過nXn的矩陣進(jìn)行 計(jì)算解碼，以得到丟包率受控的數(shù)據(jù)傳輸方法。
[0010] 優(yōu)選的是，其中，丟包率控制在1%以下，且預(yù)定值為21%。
[0011] 優(yōu)選的是，其中，將每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)分別發(fā)送給兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，即發(fā) 送給負(fù)責(zé)的中繼節(jié)點(diǎn)和其余中繼節(jié)點(diǎn)其中之一，最終所有中繼節(jié)點(diǎn)共接收到2n個(gè)采集數(shù) 據(jù)包；且每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)僅發(fā)送與其負(fù)責(zé)的傳感器節(jié)點(diǎn)相關(guān)的冗余解碼至基站。
[0012] 優(yōu)選的是，其中，每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中的一部分為均分的一部分， 即假設(shè)有m個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，則每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)n/m個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；且所述將每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn) 采集到的數(shù)據(jù)分別發(fā)送給兩個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)為均勻分配，即每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)接收2n/m個(gè)傳感器 節(jié)點(diǎn)所采集的數(shù)據(jù)。
[0013] 優(yōu)選的是，其中，所述a為1，而所述b為2。
[0014] 優(yōu)選的是，其中，若誤包率小于預(yù)定值，中繼節(jié)點(diǎn)對其余接收到的采集數(shù)據(jù)兩兩異 或進(jìn)行編碼時(shí)，滿足以下兩個(gè)條件：一、兩兩異或的編碼數(shù)量為2n/m減a ;二、首先編碼該中 繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)與該中繼節(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)之間的異或，然后編碼該中繼節(jié)點(diǎn) 負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)之間的異或，或者該中繼節(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)之間的異或。
[0015] 優(yōu)選的是，其中，若誤包率大于或等于預(yù)定值，中繼節(jié)點(diǎn)對其中兩個(gè)接收到的采集 數(shù)據(jù)直接編碼時(shí)，這兩個(gè)被直接編碼采集數(shù)據(jù)中，有一個(gè)為優(yōu)先級數(shù)據(jù)。
[0016] 優(yōu)選的是，其中，若誤包率大于或等于預(yù)定值，中繼節(jié)點(diǎn)對其余接收到的采集數(shù)據(jù) 兩兩異或進(jìn)行編碼時(shí)，滿足以下三個(gè)條件：一、兩兩異或的編碼數(shù)量為2n/m減b ;二、首先 編碼該中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)與該中繼節(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)之間的異或，然后編碼該 中繼節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)之間的異或，或者該中繼節(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)的采集數(shù)據(jù)之間的異或；三、 如果該中繼節(jié)點(diǎn)接收到的采集數(shù)據(jù)中有優(yōu)先級數(shù)據(jù)，則該優(yōu)先級數(shù)據(jù)不參與兩兩異或的編 碼。
[0017] 優(yōu)選的是，其中，額外將該優(yōu)先級數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)異或進(jìn)行冗余編碼的數(shù)量為：若 誤包率介于21 %至28%之間，則數(shù)量為1 ;誤包率介于28%至32%之間，則數(shù)量為2n/m減 4;誤包率介于32%至37%之間，則數(shù)量為2n/m減3 ;誤包率介于37%至41%之間，則數(shù)量 為2n/m減2;誤包率介于41%以上時(shí)，則數(shù)量為2n/m減1，其中各區(qū)間不含上限值；且所述 其它數(shù)據(jù)為除該優(yōu)先級數(shù)據(jù)外，該中繼節(jié)點(diǎn)接收到的其它數(shù)據(jù)。
[0018] 優(yōu)選的是，其中，基站進(jìn)行計(jì)算解碼的方法為：
[0019] 步驟一、給n個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)編號(hào)，然后給每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)以相同的編 號(hào)記錄；
[0020] 步驟二、在nXn矩陣中填入接收到的所有直接編碼、異或編碼和冗余編碼，填入 方法為：直接編碼填入斜對角線，位置為其編號(hào)的位置；異或編碼填入矩陣，位置為產(chǎn)生該 異或編碼的兩個(gè)采集數(shù)據(jù)所對應(yīng)的編號(hào)的位置；冗余編碼填入矩陣，位置為產(chǎn)生該冗余編 碼的兩個(gè)采集數(shù)據(jù)所對應(yīng)的編號(hào)的位置；其余空缺位置填O ;
[0021] 步驟三、將該n X n矩陣變換為上三角矩陣，變換方法為：
[0022] 以斜對角線為軸，將下三角矩陣中的數(shù)據(jù)融合入上三角矩陣，其融合方法為：如果 下三角矩陣中的數(shù)據(jù)對稱到上三角矩陣中的位置處的數(shù)據(jù)為〇,則用下三角矩陣中的數(shù)據(jù) 替代上三角矩陣中該位置處的0,如果下三角矩陣中的數(shù)據(jù)對稱到上三角矩陣中的位置處 的數(shù)據(jù)不為〇,則保留上三角矩陣中該位置處的數(shù)據(jù)；
[0023] 步驟四、斜對角線上的數(shù)據(jù)如果不為零，則即為相應(yīng)位置所對編號(hào)的傳感器節(jié)點(diǎn) 的采集數(shù)據(jù)，如果為零，則將相應(yīng)位置的沿斜對角線和沿縱列線上位于同一行上的兩個(gè)均 不為〇的數(shù)值進(jìn)行異或運(yùn)算，以運(yùn)算值作為該相應(yīng)位置的值填入矩陣，反復(fù)迭代執(zhí)行步驟 四，直到將斜對角線上的0均替代掉，或直到迭代結(jié)束。
[0024] 本發(fā)明至少包括以下有益效果：由于本發(fā)明的基站通過檢測當(dāng)前無線體域網(wǎng)的誤 包率情況來選擇中繼節(jié)點(diǎn)的編碼方式，可以有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高無線體域網(wǎng)的容錯(cuò)性； 又由于本發(fā)明的中繼節(jié)點(diǎn)的編碼方式和基站的解碼操作相結(jié)合，使得在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差時(shí)， 中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)對優(yōu)先級較高的數(shù)