CN102308613B - 发送数据的方法和节点 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种发送数据的方法和节点，所述方法包括：获取邻居节点随机生成的种子；根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据。本发明中本地节点通过获取邻居节点随机生成的种子，从而得到该邻居节点在不同帧中的分散监听时段，基于每个帧中的不同监听时段，向该邻居节点发送数据，这样在大多数节点传输数据时，减少了由于节点的监听时段在每个帧中的位置固定造成的网络冲突问题。

Description

发送数据的方法和节点

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种发送数据的方法和节点。

背景技术

传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现对指定范围内目标的检测与跟踪。其中，一个典型的传感器网络的结构包括分布式传感器节点(群)、Sink(基站)节点、互联网和用户界面等，传感器节点之间可以相互通信，自己组织成网并通过多跳的方式连接至Sink节点，Sink节点收到数据后，通过网关(Gateway)完成和公用Internet网络的连接。在多数传感网络应用中，如果没有感测到事件发生，传感器节点将长期空闲，而传感器的能量是有限(通常使用电池供电)，如果使传感器一直处于监听状态会影响它的工作寿命，因此如何延长传感器工作寿命是设计传感器网络的一个重要的目标。

现有技术中，采用S-MAC(Sensor MAC，传感器MAC协议)的睡眠唤醒方法来实现延长传感器寿命的目的。具体的，S-MAC把时间分为帧，每帧分为监听和休眠两部分，工作循环定义为监听时段长度与整个帧长度的比值，监听时段长度通常根据物理层和MAC的参数设定为固定值。S-MAC通过让传感器节点处于周期休眠状态来降低侦听时间，每个传感器节点休眠一段时间，然后唤醒并侦听是否有其他节点想和它通信。在休眠期间，节点关闭无线装置，并设置定时器，随后来唤醒自己。通过使传感器节点定期处于休眠状态，节省了传感器的能量，从而延长了点传感器的工作寿命。

但是，由于S-MAC的睡眠唤醒方法中，监听时段长度的位置在每个帧中是固定的，如果数据量比较大，大多数传感器节点都在监听时段发送或接收数据，会出现网络中多个连接竞争信道的问题，从而造成网络冲突，降低网络的传输效率。

发明内容

本发明实施例提供了一种发送数据的方法和节点。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种发送数据的方法，所述方法包括：

获取邻居节点随机生成的种子；

根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；

根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据。

另一方面，还提供了一种节点，所述节点包括：

获取模块，用于获取邻居节点随机生成的种子；根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；

发送模块，用于根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：本地节点通过获取邻居节点随机生成的种子，从而得到该邻居节点在不同帧中的分散监听时段，基于每个帧中的不同监听时段，向该邻居节点发送数据，这样在大多数节点传输数据时，减少了由于节点的监听时段在每个帧中的位置固定造成的网络冲突问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发送数据的方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种发送数据的方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种帧的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种在帧中设置分散监听时段的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种基于接收方数据包的传输的帧结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种模拟实验场景的节点示意图；

图7是本发明实施例提供的一种工作循环5％平均包延时的示意图；

图8是本发明实施例提供的一种工作循环5％平均能量消耗示意图；

图9是本发明实施例提供的一种工作循环20％平均包延时的示意图；

图10是本发明实施例提供的一种工作循环20％平均能量消耗示意图；

图11是本发明实施例提供的一种节点的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，本发明实施例提供了一种发送数据的方法，包括：

101：获取邻居节点随机生成的种子，根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；

103：根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据。

本实施例中的本地节点与邻居节点可以是传感器网络中的节点，本地节点和邻居节点均可以是传感器，邻居节点与本地节点相邻，邻居节点可以是一个也可以是多个，本地节点可以与一个或多个邻居节点传输数据。

本实施例中，获取邻居节点随机生成的种子，根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，包括：

接收邻居节点广播的第一同步消息，所述第一同步消息中包括所述邻居节点随机生成的种子，获知所述邻居节点随机生成的种子；

根据所述邻居节点随机生成的种子，生成所述邻居节点的调度组；所述邻居节点的调度数组包括M个元素，所述M为帧的个数，每个帧包括N个时段，所述邻居节点的调度数组中的元素依次用于指示所述邻居节点在每个帧中对应的所述N个时段中的任一时段，将所述任一时段设为监听时段，除所述任一时段外的时段为休眠时段；

获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段。

进一步地，本实施例中，根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据，包括：

查找所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，获取本地节点与所述邻居节点均处于监听时段的位置；

在本地节点与所述邻居节点均处于监听时段的位置，向所述邻居节点发送数据。

进一步地，本实施例中，所述根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据，包括：

在所述邻居节点处于监听时段的位置，将本地处于休眠时段的位置修改为监听状态，在所述修改后的位置向所述邻居节点发送数据。

本实施的方法还包括：

周期性地向所述邻居节点广播第二同步消息，所述第二同步消息包括当前位置的帧号和监听时段的位置，使所述邻居节点根据所述当前位置的帧号和监听时段的位置确定本地节点的调度位置。

本发明提供的方法实施例的有益效果是：本地节点通过获取邻居节点随机生成的种子，从而得到该邻居节点在不同帧中的分散监听时段，基于每个帧中的不同监听时段，向该邻居节点发送数据，这样在大多数节点传输数据时，减少了由于节点的监听时段在每个帧中的位置固定造成的网络冲突问题

参见图2，本发明实施例提供了一种发送数据的方法，包括：

201：本地节点随机生成本地节点的种子，并根据本地节点随机生成的种子，生成本地节点的调度数组。

本实施例中，采用分散的监听时段分布方式，即工作循环的比值是固定的，是监听时段长度与整个帧长度的比值，但监听时段在整个帧中的位置是不固定的，具体的，本实施例中，将时间分为M个帧，一个帧由N个时段组成(整个网络中所有节点遵从相同M和N)，每个时段长度为监听时段长度，一个帧中只有一个时段是监听时段(L)，剩余为休眠时段(S)。每个帧中的监听时段均不一样，如图3所示的一个帧的结构，该帧被分成了N＝10个时段，只有第9个时段是监听时段L，其余均为休眠时段S，工作循环比为1∶10＝0.1。

本实施例中，随机生成本地节点的种子，并根据所述本地节点随机生成的种子，生成本地节点的调度数组，随机生成的种子用于生成调度数组，具体的，可在本地节点上设置随机数生成器和数组生成器，先用随机数生成器随机生成一个种子，再将该随机生成的种子输入到数组生成器中，就能得到本地节点的调度数组，该调度数组中有M个元素，该M个元素依次用来指示本地节点在每个帧中对应的N个时段中的任一时段，将该任一时段做为监听时段，除所述任一时段外的时段为休眠时段，从而得到每个帧的监听时段，由于种子是随机生成的，不同节点生成不同的种子，所以每个节点生成的调度数组中的元素是不一样的，从而达到了分散布置监听时段的目的。

如图4所示，本地节点随机生成器生成种子后，数组生成器使用该种子生成M个均匀分布的[1，N]的随机整数，存于数组Item[]中，本地节点获取数组生成器返回的Item[]，Item[]每个元素即对应数组标志帧的监听时段位置，其中，有4个帧的调度组Item[…，2，4，3，5，…]，表明监听位置依次在这4个帧的第二时段，第4时段，第3时段和第5时段，其余时段均为休眠时段。Item[]纪录了M个帧中监听时段的位置，本节点就可以按照位置在每一帧中对应位置进行监听，在其余为进入休眠以节省能量。依次经历M帧后，节点遍历Item[]，此时节点从起始元素重新开始，如此进行调度，便简单有效地分配了每个帧中监听时段的位置。

本实施例中，可以通过随机数生成器获得种子，也可以通过其它途径获得一个随机数作为种子，本实施例对此不做具体限定。进一步地，本实施例中可以通过数组生成器生成相应的调度数组，也可以通过其它途径获得调度数组，本实施例对此不做具体限定。其中具体的数据生成过程属于现有技术范畴，本实施例不再赘述。本实施例中，每个节点生成调度数组的算法是一样的，对于同一个随机数，不同的节点会生成相同的调度数组。

本实施例中，本地节点可以是传感器或其它可以传输数据的节点，一个节点可以与一个或多个与其相邻的节点传输数据。

202：本地节点获取邻居节点随机生成的种子，并根据邻居节点随机生成的种子，获取该邻居节点在不同帧中相应的监听时段。

本实施例中，每个传感器节点维护一个帧调度表，帧调度表包含若干数组，每个数组用于记录本节点或者邻居节点的监听时段位置，如ITEM[0][]数组记录本节点的监听时段位置信息，ITEM[1][]，ITEM[2][]等其他数组用来记录其他邻居节点的相关信息，传感器在生成本地节点的调度数组后，还要获得其邻居节点的调度数组信息，由于调度数组生成是通过随机数种子生成，因此本节点只需得到邻居节点的种子，使用相同的数组生成器，就能得到邻居节点的调度数组。

具体的，本实施例中获取邻居节点随机生成的种子，并根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点的监听时段包括：接收邻居节点广播的第一同步消息，所述第一同步消息中包括所述邻居节点随机生成的种子，获知所述邻居节点随机生成的种子；根据所述邻居节点随机生成的种子，生成所述邻居节点的调度组；所述邻居节点的调度数组包括所述M个元素，每个帧包括所述N个时段，所述邻居节点的调度数组中的元素依次用于指示所述邻居节点在每个帧中对应的所述N个时段中的任一时段，将所述任一时段做为所述邻居节点的监听时段，除所述任一时段外的时段为所述邻居节点的休眠时段；根据所述邻居节点的调度组，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段。

本实施例中，在本地节点监听时段，本地节点周期性地向所述邻居节点广播第二同步消息，所述第二同步消息包括当前位置的帧号和监听时段的位置，使所述邻居节点根据所述当前位置的帧号和监听时段的位置确定本地节点的调度位置。本实施例中，在本地节点监听时段，节点仍使用SYNC包(同步消息)定期广播来保持邻居节点之间的同步，每个SYNC包很短，包括本地节点(发送端)的地址以及它到下一次休眠的时间，这个时间是指本地节点发送该SYNC包时到下一次休眠的相对时间。当接收者收到来自SYNC包的时间，减去包传输的时间，用这个值来修正它的计时器。

进一步地本实施例中，扩充SYNC包的内容，该包还包含本地节点的随机数生成种子值、当前位置的帧号和当前位置的监听时段位置值等同步信息，其中种子值用于相邻节点生成帧调度表项，如果邻居节点为新入节点，则当前位置的帧号和当前位置的监听时段位置值用于新入节点确定本地节点调度位置。

本实施例中，本地节点周期性的广播同步消息，通常节点的到达是有先后的，这里的周期主要指先到达的节点在同步之后会周期性的广播同步消息；而后来的节点通常会在到达之后监听两个帧，在获取先前节点的同步信息后，再有针对性的发送自己的相关信息给邻居节点，但因为相邻节点的监听时段不在同一位置上，发送节点需要多次发送SYNC给不同节点，如果在规定时间内没有遍历所有相邻节点，如，规定的时间为(一般是两个帧)个帧，在这100帧中，本地节点在监听时段广播消息，但是与其相邻的节点中，某些节点在本地节点的100个帧的监听时段上都是休眠状态，则启动快速完成方式，将所述广播消息发送给在规定时间内没有接收到的节点上。其中快速完成方式具体为：按照邻居节点的帧调度表项，确定没有遍历的节点的监听时段的位置，将本地的该位置启动为监听状态，发送SYNC信息，从而使得所有相邻节点都收到本地节点的广播消息。

本实施例中，如果有新节点加入到传感器网络中，该新入节点需要监听两个帧，两个帧中的每个时段均为监听时段，以确保收到所有邻居节点发送的同步消息，这样就能得到邻居节点的帧调度表项和当前调度的位置，然后新节点根据邻居节点的调度表项，获知各个邻居节点的监听时段，新节点在一个帧中根据各个邻居节点监听时段的位置，将该帧中对应的时段设置为监听时段，在相应监听时段的位置上向各个相应邻居节点发送SYNC信息，使各个邻居节点获知新节点的到来。

203：根据本地节点的监听时段和其邻居节点的监听时段，向其邻居节点发送数据。

本实施例中，当传输数据量较小时，按照帧调度表项进行数据传输。具体的，根据本地节点的监听时段和所述邻居节点的监听时段，向所述邻居节点发送数据，包括：查找所述邻居节点的监听时段；获取本地节点与所述邻居节点均处于监听时段的位置；在本地节点与所述邻居节点均处于监听时段的位置，向所述邻居节点发送数据。

在数据量较大的情况下，或是本地节点和邻居节点没有共同监听时段的情况下，据本地节点的监听时段和所述邻居节点的监听时段，向所述邻居节点发送数据，包括：在所述邻居节点处于监听时段的位置，将本地处于休眠时段的位置修改为监听状态，在所述修改后的位置向所述邻居节点发送数据。本实施例中，在数据量较大的情况下，查找当前接收节点监控时段位置L，设置本节点在当前帧的L时段为监控状态，在L时段按照监听时段机制向接收节点发送数据包，从而提高了数据传输效率，减少了冲突。

如图5所示，本地节点为发送节点1，邻居节点为接收节点2，发送节点1在前一个帧的第三个时段为监听时段，在后一个帧的第二个时段为监听时段，接收节点2在前一个帧的第三个时段为监听时段，在后一个帧的第四个时段为监听时段，发送节点1可能会有很多发向节点2的数据包，在前一帧两节点监控时段重合，传输数据，但下一时段两者监控时段并没有重合，这时可以根据自身和节点2的调度表项，把原来自身休眠而接收节点2监听的时段设为监听状态，来加大与节点2进行数据传输的时间，如把图中节点1的第二个帧第四时段设为监听状态，第二个帧第四时段中的S-L是指的将现在的休眠时段设置为监听时段。其中，第二个帧第二时段，可能成为空闲监听，除了传感器网络的源节点外，作为中继节点，它发送的数据都是它接收的数据，而同一节点的收发是互斥的两过程，因此，该时段可能作为其上位节点发送数据包的时段，因此仍有减少冲突，提高传输效率的益处。

为了使本发明技术领域的人员能更好的了解本发明，现举例如下：

如图6所示，本实施例的应用场景为：本实施例中本地节点为发送端，邻居节点为接收端，网络中存在两对收发端，发送端1和接收端1、发送端2和接收端2，发送端1和发送端2分别向对端发送数据，所以两个链路上有两个数据流，且四个节点相互在干扰范围之内，其中，发送功率均为40mw，接收功率为47mw，空闲功率为1.1mw，包大小为500byte。

本实施例中采用的方法描述：比较每对节点在不同的数据生成速率下，发送端发送100个数据包的平均能量消耗和包的平均发送延时。

对比方案描述：

1)考察在工作循环为5％的情况下S-MAC和本发明实施例的性能。

2)考察在工作循环为20％的情况下S-MAC和本发明实施例的性能。

仿真结果描述：

1)如图7、图8所示，在不同数据包生成间隔的情况下，本发明实施例提供的方法对网络数据流量变化适应能力较强。在各个情况下能耗都接近于S-MAC，而包延时平均量不到S-MAC的一半，S-MAC并不能很好适应多个数据流的情况，图7中当数据包发送间隔为一秒时，S-MAC的包延时已经大于10秒。

2)如图9图、10所示，S-MAC包延时急剧增加，说明它并不适合多流且数据包生成较快的情况，本发明实施例在一个较宽的范围内性能稳定。能耗方面，本发明实施例和S-MAC基本持平，在较快的包生成情况下，能耗还小于S-MAC，说明该机制可以有效减少能量消耗和数据包的发送时延。

本发明提供的方法实施例的有益效果是：本地节点通过获取邻居节点随机生成的种子，从而得到该邻居节点在不同帧中的分散监听时段，基于每个帧中的不同监听时段，向该邻居节点发送数据，由于不同的邻居节点生成的随机数不同，不同的邻居节点有不同的监听时段，这样在大多数节点传输数据时，减少了由于节点的监听时段在每个帧中的位置固定造成的网络冲突问题，同时也减少了过度监听和冲突带来的能量消耗，且基于接收方的数据包传输，减小了时延，提高数据包的传输效率。

参见图11，本发明实施例提供了一种节点，包括：获取模块301和发送模块302。

获取模块301，用于获取邻居节点随机生成的种子；根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；

发送模块302，用于根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据。

其中，获取模块301，包括：

接收单元，用于接收邻居节点广播的第一同步消息，所述第一同步消息中包括所述邻居节点随机生成的种子，获知所述邻居节点随机生成的种子；

生成单元，用于根据所述邻居节点随机生成的种子，生成所述邻居节点的调度组；所述邻居节点的调度数组包括M个元素，所述M为帧的个数，每个帧包括N个时段，所述邻居节点的调度数组中的元素依次用于指示所述邻居节点在每个帧中对应的所述N个时段中的任一时段，将所述任一时段设为监听时段，除所述任一时段外的时段为休眠时段；

获取单元，用于获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段。

本实施例中，发送模块302，包括：

查找单元，用于查找所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，获取本地节点与所述邻居节点均处于监听时段的位置；

第一发送单元，用于在本地节点与所述邻居节点均处于监听时段的位置，向所述邻居节点发送数据。

进一步地，本实施例中，发送模块302，包括：

修改单元，用于在所述邻居节点处于监听时段的位置，将本地处于休眠时段的位置修改为监听状态；

第二发送单元，用于在所述修改单元修改后的位置向所述邻居节点发送数据。

本实施例中，该节点还包括：

广播模块，用于周期性地向所述邻居节点广播第二同步消息，所述第二同步消息包括当前位置的帧号和监听时段的位置，使所述邻居节点根据所述当前位置的帧号和监听时段的位置确定本地节点的调度位置。

本发明提供的装置实施例的有益效果是：本地节点通过获取邻居节点随机生成的种子，从而得到该邻居节点在不同帧中的分散监听时段，基于每个帧中的不同监听时段，向该邻居节点发送数据，这样在大多数节点传输数据时，减少了由于节点的监听时段在每个帧中的位置固定造成的网络冲突问题。

本实施例提供的节点，具体可以与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发送数据的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取邻居节点随机生成的种子；

根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；

根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据;

所述根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据，包括：

在所述邻居节点处于监听时段的位置，保持本地原有的监听时段不变,将本地处于休眠时段的位置修改为监听状态，在所述修改后的位置向所述邻居节点发送数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取邻居节点随机生成的种子，根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，包括：

接收邻居节点广播的第一同步消息，所述第一同步消息中包括所述邻居节点随机生成的种子，获知所述邻居节点随机生成的种子；

根据所述邻居节点随机生成的种子，生成所述邻居节点的调度组；所述邻居节点的调度数组包括M个元素，所述M为帧的个数，每个帧包括N个时段，所述邻居节点的调度数组中的元素依次用于指示所述邻居节点在每个帧中对应的所述N个时段中的任一时段，将所述任一时段设为监听时段，除所述任一时段外的时段为休眠时段；

获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

周期性地向所述邻居节点广播第二同步消息，所述第二同步消息包括当前位置的帧号和监听时段的位置，使所述邻居节点根据所述当前位置的帧号和监听时段的位置确定本地节点的调度位置。

4.一种节点，其特征在于，所述节点包括：

获取模块，用于获取邻居节点随机生成的种子；根据所述邻居节点随机生成的种子，获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段；

发送模块，用于根据所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段，向所述邻居节点发送数据;

所述发送模块，包括：

修改单元，用于在所述邻居节点处于监听时段的位置，保持本地原有的监听时段不变,将本地处于休眠时段的位置修改为监听状态；

第二发送单元，用于在所述修改单元修改后的位置向所述邻居节点发送数据。

5.根据权利要求4所述的节点，其特征在于，所述获取模块，包括：

接收单元，用于接收邻居节点广播的第一同步消息，所述第一同步消息中包括所述邻居节点随机生成的种子，获知所述邻居节点随机生成的种子；

生成单元，用于根据所述邻居节点随机生成的种子，生成所述邻居节点的调度组；所述邻居节点的调度数组包括M个元素，所述M为帧的个数，每个帧包括N个时段，所述邻居节点的调度数组中的元素依次用于指示所述邻居节点在每个帧中对应的所述N个时段中的任一时段，将所述任一时段设为监听时段，除所述任一时段外的时段为休眠时段；

获取单元，用于获取所述邻居节点在不同帧中相应的分散监听时段。

6.根据权利要求4或5所述的节点，其特征在于，所述节点还包括：

广播模块，用于周期性地向所述邻居节点广播第二同步消息，所述第二同步消息包括当前位置的帧号和监听时段的位置，使所述邻居节点根据所述当前位置的帧号和监听时段的位置确定本地节点的调度位置。

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