CN102244901B - 传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，包括以下步骤：1）节点为数据的发送分配两个缓冲区，为数据的接收分配两个缓冲区；2）CPU需要发送数据时，通过节点首先将数据存储到发送缓冲区A中，若在无线设备将发送缓冲区A中的数据发送出去之前，CPU又需发送数据，则CPU无需等待可将数据存储在发送缓冲区B中；3）无线设备空闲时将发送缓冲区A和发送缓冲区B中的数据依次发送出去；4）无线设备接收数据时，通过节点先将数据存储在接收缓冲区A中，接收缓冲区A装满后便转向接收缓冲区B，此时节点从接收缓冲区A中移出数据，并送入用户程序；5）CPU对接收到的数据进行计算处理。本发明可提高无线传感网中数据发送速率，降低无线传感网的平均响应时间。

Description

传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法
技术领域
本发明涉及一种传感器网络中链式多跳的传输方法，更具体的说是一种传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法。
背景技术
为了缓和CPU与无线设备速度不匹配的矛盾，提高CPU和无线设备的并行性，在传感器节点中，无线设备与CPU交换数据时都使用了缓冲区。
在单缓冲情况下，每当无线设备有数据到达，数据将被首先存储到缓冲区中，而后节点将缓冲区的数据提取到用户区，最后由用户程序进行处理。在无线设备输入时，假定从无线设备把一块数据输入到缓冲区的时间为T，节点将该缓冲区中的数据传送到用户区的时间为M，而用户程序对这一块数据处理的时间为C。由于T和C是可以并行的，当T>C时，节点对每一块数据的处理时间为M+T，反之则为M+C，故在单缓冲情况下可把节点对每一块数据的处理时间表示为Max（C，T）+M。
同时，在实现两个节点之间的无线通信时，若仅为它们配置了单缓冲，那么，它们之间在任一时刻都只能实现单方向的数据传输，而绝不允许双方同时向对方发送数据，否则便会因发送数据与接收数据的覆盖造成数据的丢失。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种提高无线传感网中数据发送速率，降低无线传感网的平均响应时间，获得更好的系统可用性的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法。
为了解决上述存在的技术问题，本发明的技术方案包括以下步骤：
1）节点为数据的发送分配两个缓冲区，发送缓冲区A和发送缓冲区B，为数据的接收分配两个缓冲区，接收缓冲区A和接收缓冲区B；
2）CPU需要发送数据时，通过节点首先将数据存储到发送缓冲区A中，若在无线设备将发送缓冲区A中的数据发送出去之前，CPU又需发送数据，则CPU无需等待可将数据存储在发送缓冲区B中；
3）无线设备空闲时将发送缓冲区A和发送缓冲区B中的数据依次发送出去；
4）无线设备接收数据时，通过节点先将数据存储在接收缓冲区A中，接收缓冲区A装满后便转向接收缓冲区B，此时节点从接收缓冲区A中移出数据，并送入用户程序；
5）CPU对接收到的数据进行计算处理。
进一步，所述的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，所述的步骤2）中节点发送数据分为用户进程的处理流程和无线进程的处理流程。
进一步，所述的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，所述的步骤4）中节点接收数据分为用户进程的处理流程和无线进程的处理流程。
进一步，所述的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，所述的节点发送数据中用户进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查发送缓冲区A是否已被锁定，若发送缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向3）；
2）锁定发送缓冲区A，检测发送缓冲区A是否已满，若尚未满，则将要发送的数据写入发送缓冲区A，写入完成后解锁发送缓冲区A，进程正确结束，若发送缓冲区A已满，则解锁发送缓冲区A，并转向3）；
3）检查发送缓冲区B是否已被锁定，若发送缓冲区B没有锁定，则转向4），否则进程失败结束，因为没有空闲的缓冲区可以利用，数据需等待下一次发送；
4）锁定发送缓冲区B，检测发送缓冲区B是否已满，若尚未满，则将要发送的数据写入发送缓冲区B，写入完成后解锁发送缓冲区B，进程正确结束，若发送缓冲区B已满，则解锁发送缓冲区B，进程失败结束，没有空闲的缓冲区，数据需等待下一次发送。
进一步，所述的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，所述的节点发送数据中无线进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查发送缓冲区A是否已被锁定，若发送缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向4）；
2）锁定发送缓冲区A，检测发送缓冲区A中是否有数据，如果有数据，则将发送缓冲区A中的数据通过无线设备发送出去，并转向3），否则，解锁发送缓冲区A，并转向4）；
3）检测是否收到正确的响应，若检测到正确响应，表示数据已正确发往目标节点，解锁发送缓冲区A，进程正确结束，若没有检测到正确响应或检测到错误响应，表示数据在无线传输过程中丢失或目标节点的接受缓冲区已满，无法接收新的数据，数据需等待下一次发送，解锁发送缓冲区A，进程失败结束；
4）检查发送缓冲区B是否已被锁定，若发送缓冲区B没有锁定，则转向5），否则进程失败结束，表示尚无数据可以发送；
5）锁定发送缓冲区B，检测发送缓冲区B中是否有数据，如果有数据，则将发送缓冲区B中的数据通过无线设备发送出去，并转向6），否则，解锁发送缓冲区B，因为没有可发送的数据，进程失败结束；
6）检测是否收到正确的响应，若检测到正确响应，表示数据已正确发往目标节点，解锁发送缓冲区B，进程正确结束，若没有检测到正确响应或检测到错误响应，表示数据在无线传输过程中丢失或目标节点的接受缓冲区已满，无法接收新的数据，数据需等待下一次发送，解锁发送缓冲区B，进程失败结束。
进一步，所述的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，所述的节点接收数据中用户进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查接收缓冲区A是否已被锁定，若接收缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向3）；
2）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区A中是否有数据，如果有数据，则取出接收缓冲区A中的数据进行处理，解锁接收缓冲区A，进程正确结束，如果接收缓冲区A中没有数据，则解锁接收缓冲区A，并转向3）；
3）检查接收缓冲区B是否已被锁定，若接收缓冲区B没有锁定，则转向4），否则进程失败结束，因为尚无可用数据供处理；
4）锁定接收缓冲区B，检测接收缓冲区B中是否有数据，如果有数据，则取出接收缓冲区B中的数据进行处理，解锁接收缓冲区B，进程正确结束，如果接收缓冲区B中没有数据，则解锁接收缓冲区B，进程失败结束，因为缓冲区中尚无可用数据供处理。
进一步，所述的传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，所述的节点接收数据中无线进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查接收缓冲区A是否已被锁定，若接收缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向3）；
2）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区A是否已满，如果接收缓冲区A未满，则将数据写入接收缓冲区A，向数据的源节点发送正确响应，解锁接收缓冲区A，进程正确结束，如果接收缓冲区A已满，则解锁接收缓冲区A，并转向3）；
3）检查接收缓冲区B是否已被锁定，若接收缓冲区B没有锁定，则转向4），否则，发回错误响应，进程失败结束，因为缓冲区已满，无法容纳新数据；
4）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区B是否已满，如果接收缓冲区B未满，则将数据写入接收缓冲区B，向数据的源节点发送正确响应，解锁接收缓冲区B，进程正确结束，如果接收缓冲区B已满，则解锁接收缓冲区B，发回错误响应，进程失败结束，因为缓冲区已满，无法容纳新数据。
由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：由于在无线设备与CPU交换数据时，传感器节点中采用了双缓冲区，提高了无线传感网中数据的发送速率，降低了无线传感网的平均响应时间，获得了更好的系统可用性。
附图说明
图1为现有技术中单缓冲示意图。
图2为现有技术中单缓冲时序图。
图3为现有技术中无线通信时单缓冲示意图。
图4为本发明中双缓冲示意图。
图5为本发明中双缓冲时序图。
图6为本发明中无线通信时双缓冲示意图。
图7为本发明中节点发送数据中用户进程的程序流程图。
图8为本发明中节点发送数据中无线进程的程序流程图。
图9为本发明中节点接收数据中用户进程的程序流程图。
图10为本发明中节点接收数据中无线进程的程序流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示，现有技术中，在单缓冲情况下，每当无线设备有数据到达，数据将被首先存储到缓冲区中，而后节点将缓冲区的数据提取到用户区，最后由用户程序进行处理。
如图2所示，现有技术中，在单缓冲情况下，在无线设备输入时，假定从无线设备把一块数据输入到缓冲区的时间为T，节点将该缓冲区中的数据传送到用户区的时间为M，而用户程序对这一块数据处理的时间为C。由于T和C是可以并行的，当T>C时，节点对每一块数据的处理时间为M+T，反之则为M+C，故在单缓冲情况下可把节点对每一块数据的处理时间表示为Max（C，T）+M。
如图3所示，现有技术中，在单缓冲情况下，在实现两个节点之间的无线通信时，仅为它们配置了单缓冲区。
如图4所示，为本发明双缓冲示意图，节点为数据分配两个缓冲区分别为缓冲区A和缓冲区B，其中缓冲区A包含了为数据发送分配的发送缓冲区A和为数据接收分配的接收缓冲区A，其中缓冲区B包含了为数据发送分配的发送缓冲区B和为数据接收分配的接收缓冲区B。当CPU需要发送数据时，首先将数据存储到发送缓冲区A，若在无线设备将发送缓冲区A中的数据发送出去之前，CPU又需要发送数据，CPU无需等待便可将数据存储在发送缓冲区B，当无线设备空闲时将把两个缓冲区中的数据依次发送出去；当无线设备接收到数据时，先将数据存储在接收缓冲区A，装满后便转向接收缓冲区B，此时节点可以从接受缓冲区A中移出数据，并送入用户程序，接着由CPU对数据进行计算处理。
如图5所示，本发明中，在双缓冲时，在无线设备输入时，假定从无线设备把一块数据输入到缓冲区的时间为T，节点将该缓冲区中的数据传送到用户区的时间为M，而用户程序对这一块数据处理的时间为C。系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是Max（C，T），如果C<T，可使设备连续输入；如果C>T，则可使CPU不必等待设备输入。
如图6所示，为本发明中无线通信时双缓冲示意图，节点为其每个邻居节点分配两个缓冲区，分别为发送缓冲区和接收缓冲区，当节点需要发送数据时，首先把数据存储在发送缓冲区，当无线设备空闲时，便从发送缓冲区中取出数据进行发送；当无线设备接收到数据时，先把数据存储到接收缓冲区中，当接收缓冲区将满（即缓冲区中的数据量达到了用户设置的长度）时，由CPU一次性从接收缓冲区中取出数据进行处理。
如图7所示，为本发明中节点发送数据中用户进程的程序流程图，节点发送数据中用户进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查发送缓冲区A是否已被锁定，若发送缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向3）；
2）锁定发送缓冲区A，检测发送缓冲区A是否已满，若尚未满，则将要发送的数据写入发送缓冲区A，写入完成后解锁发送缓冲区A，进程正确结束，若发送缓冲区A已满，则解锁发送缓冲区A，并转向3）；
3）检查发送缓冲区B是否已被锁定，若发送缓冲区B没有锁定，则转向4），否则进程失败结束，因为没有空闲的缓冲区可以利用，数据需等待下一次发送；
4）锁定发送缓冲区B，检测发送缓冲区B是否已满，若尚未满，则将要发送的数据写入发送缓冲区B，写入完成后解锁发送缓冲区B，进程正确结束，若发送缓冲区B已满，则解锁发送缓冲区B，进程失败结束，没有空闲的缓冲区，数据需等待下一次发送。
如图8所示，为本发明中节点发送数据中无线进程的程序流程图，节点发送数据中无线进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查发送缓冲区A是否已被锁定，若发送缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向4）；
2）锁定发送缓冲区A，检测发送缓冲区A中是否有数据，如果有数据，则将发送缓冲区A中的数据通过无线设备发送出去，并转向3），否则，解锁发送缓冲区A，并转向4）；
3）检测是否收到正确的响应，若检测到正确响应，表示数据已正确发往目标节点，解锁发送缓冲区A，进程正确结束，若没有检测到正确响应或检测到错误响应，表示数据在无线传输过程中丢失或目标节点的接受缓冲区已满，无法接收新的数据，数据需等待下一次发送，解锁发送缓冲区A，进程失败结束；
4）检查发送缓冲区B是否已被锁定，若发送缓冲区B没有锁定，则转向5），否则进程失败结束，表示尚无数据可以发送；
5）锁定发送缓冲区B，检测发送缓冲区B中是否有数据，如果有数据，则将发送缓冲区B中的数据通过无线设备发送出去，并转向6），否则，解锁发送缓冲区B，因为没有可发送的数据，进程失败结束；
6）检测是否收到正确的响应，若检测到正确响应，表示数据已正确发往目标节点，解锁发送缓冲区B，进程正确结束，若没有检测到正确响应或检测到错误响应，表示数据在无线传输过程中丢失或目标节点的接受缓冲区已满，无法接收新的数据，数据需等待下一次发送，解锁发送缓冲区B，进程失败结束。
如图9所示，为本发明中节点接收数据中用户进程的程序流程图，节点接收数据中用户进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查接收缓冲区A是否已被锁定，若接收缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向3）；
2）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区A中是否有数据，如果有数据，则取出接收缓冲区A中的数据进行处理，解锁接收缓冲区A，进程正确结束，如果接收缓冲区A中没有数据，则解锁接收缓冲区A，并转向3）；
3）检查接收缓冲区B是否已被锁定，若接收缓冲区B没有锁定，则转向4），否则进程失败结束，因为尚无可用数据供处理；
4）锁定接收缓冲区B，检测接收缓冲区B中是否有数据，如果有数据，则取出接收缓冲区B中的数据进行处理，解锁接收缓冲区B，进程正确结束，如果接收缓冲区B中没有数据，则解锁接收缓冲区B，进程失败结束，因为缓冲区中尚无可用数据供处理。
如图10所示，为本发明中节点接收数据中无线进程的程序流程图，节点接收数据中无线进程的处理流程的具体步骤为：
1）检查接收缓冲区A是否已被锁定，若接收缓冲区A没有锁定，则转向2），否则转向3）；
2）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区A是否已满，如果接收缓冲区A未满，则将数据写入接收缓冲区A，向数据的源节点发送正确响应，解锁接收缓冲区A，进程正确结束，如果接收缓冲区A已满，则解锁接收缓冲区A，并转向3）；
3）检查接收缓冲区B是否已被锁定，若接收缓冲区B没有锁定，则转向4），否则，发回错误响应，进程失败结束，因为缓冲区已满，无法容纳新数据；
4）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区B是否已满，如果接收缓冲区B未满，则将数据写入接收缓冲区B，向数据的源节点发送正确响应，解锁接收缓冲区B，进程正确结束，如果接收缓冲区B已满，则解锁接收缓冲区B，发回错误响应，进程失败结束，因为缓冲区已满，无法容纳新数据。

Claims (1)

1.一种传感器网络中链式多跳的双缓冲并行快速传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）节点为数据的发送分配两个缓冲区，发送缓冲区A和发送缓冲区B，为数据的接收分配两个缓冲区，接收缓冲区A和接收缓冲区B；
2）CPU需要发送数据时，通过节点首先将数据存储到发送缓冲区A中，若在无线设备将发送缓冲区A中的数据发送出去之前，CPU又需发送数据，则CPU无需等待可将数据存储在发送缓冲区B中；具体步骤分为节点数据发送用户进程的处理流程和节点数据发送无线进程的处理流程；
节点数据发送用户进程的处理流程为：
a）检查发送缓冲区A是否已被锁定，若发送缓冲区A没有锁定，则转向a1），否则转向a2）；
a1）锁定发送缓冲区A，检测发送缓冲区A是否已满，若尚未满，则将要发送的数据写入发送缓冲区A，写入完成后解锁发送缓冲区A，进程正确结束，若发送缓冲区A已满，则解锁发送缓冲区A，并转向a2）；
a2）检查发送缓冲区B是否已被锁定，若发送缓冲区B没有锁定，则转向a3），否则进程失败结束，因为没有空闲的缓冲区可以利用，数据需等待下一次发送；
a3）锁定发送缓冲区B，检测发送缓冲区B是否已满，若尚未满，则将要发送的数据写入发送缓冲区B，写入完成后解锁发送缓冲区B，进程正确结束，若发送缓冲区B已满，则解锁发送缓冲区B，进程失败结束，没有空闲的缓冲区，数据需等待下一次发送；
节点数据发送无线进程的处理流程为：
b）检查发送缓冲区A是否已被锁定，若发送缓冲区A没有锁定，则转向b1），否则转向b3）；
b1）锁定发送缓冲区A，检测发送缓冲区A中是否有数据，如果有数据，则将发送缓冲区A中的数据通过无线设备发送出去，并转向b2），否则，解锁发送缓冲区A，并转向b3）；
b2）检测是否收到正确的响应，若检测到正确响应，表示数据已正确发往目标节点，解锁发送缓冲区A，进程正确结束，若没有检测到正确响应或检测到错误响应，表示数据在无线传输过程中丢失或目标节点的接受缓冲区已满，无法接收新的数据，数据需等待下一次发送，解锁发送缓冲区A，进程失败结束；
b3）检查发送缓冲区B是否已被锁定，若发送缓冲区B没有锁定，则转向b4），否则进程失败结束，表示尚无数据可以发送；
b4）锁定发送缓冲区B，检测发送缓冲区B中是否有数据，如果有数据，则将发送缓冲区B中的数据通过无线设备发送出去，并转向b5），否则，解锁发送缓冲区B，因为没有可发送的数据，进程失败结束；
b5）检测是否收到正确的响应，若检测到正确响应，表示数据已正确发往目标节点，解锁发送缓冲区B，进程正确结束，若没有检测到正确响应或检测到错误响应，表示数据在无线传输过程中丢失或目标节点的接受缓冲区已满，无法接收新的数据，数据需等待下一次发送，解锁发送缓冲区B，进程失败结束；
3）无线设备空闲时将发送缓冲区A和发送缓冲区B中的数据依次发送出去；
4）无线设备接收数据时，通过节点先将数据存储在接收缓冲区A中，接收缓冲区A装满后便转向接收缓冲区B，此时节点从接收缓冲区A中移出数据，并送入用户程序；具体分为节点数据接收用户进程的处理流程和节点数据接收无线进程的处理流程；
节点数据接收用户进程的处理流程为：
c）检查接收缓冲区A是否已被锁定，若接收缓冲区A没有锁定，则转向c1），否则转向c2）；
c1）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区A中是否有数据，如果有数据，则取出接收缓冲区A中的数据进行处理，解锁接收缓冲区A，进程正确结束，如果接收缓冲区A中没有数据，则解锁接收缓冲区A，并转向c2）；
c2）检查接收缓冲区B是否已被锁定，若接收缓冲区B没有锁定，则转向c3），否则进程失败结束，因为尚无可用数据供处理；
c3）锁定接收缓冲区B，检测接收缓冲区B中是否有数据，如果有数据，则取出接收缓冲区B中的数据进行处理，解锁接收缓冲区B，进程正确结束，如果接收缓冲区B中没有数据，则解锁接收缓冲区B，进程失败结束，因为缓冲区中尚无可用数据供处理；
节点数据接收无线进程的处理流程为：
d）检查接收缓冲区A是否已被锁定，若接收缓冲区A没有锁定，则转向d1），否则转向d2）；
d1）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区A是否已满，如果接收缓冲区A未满，则将数据写入接收缓冲区A，向数据的源节点发送正确响应，解锁接收缓冲区A，进程正确结束，如果接收缓冲区A已满，则解锁接收缓冲区A，并转向d2）；
d2）检查接收缓冲区B是否已被锁定，若接收缓冲区B没有锁定，则转向d3），否则，发回错误响应，进程失败结束，因为缓冲区已满，无法容纳新数据；
d4）锁定接收缓冲区A，检测接收缓冲区B是否已满，如果接收缓冲区B未满，则将数据写入接收缓冲区B，向数据的源节点发送正确响应，解锁接收缓冲区B，进程正确结束，如果接收缓冲区B已满，则解锁接收缓冲区B，发回错误响应，进程失败结束，因为缓冲区已满，无法容纳新数据；
5）CPU对接收到的数据进行计算处理。
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