CN102883365B - 无线传感器网络的数据分发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无线传感器网络的数据分发方法，包括如下步骤：A、节点接收新页的数据包，由“维护”状态转入“接收”状态，并在将所述新页的数据包全部接收后，返回“维护”状态。B、节点转入“评估”状态，进行参数评估和最优策略决策。C、节点利用基于协商的分发协议完成数据分发。D、节点在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，并在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态。本发明不依赖于任何特定的数据分发协议，基于准确的理论模型选择对应的数据分发方法，在保证100%的可靠性的同时，提高数据分发的效率。

Description

无线传感器网络的数据分发方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种无线传感器网络的数据分发方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量传感器节点(简称节点)通过无线通信来实现对数据的采集、处理和传输的自组织网络，是无线Adhoc(点对点)网络的一个重要研究方向，是现代信息技术一个新的发展领域。无线传感器网络集成了传感技术、无线通信技术、微机电系统技术和分布式信息处理技术，可以应用到军事、环境等领域，它把信息世界和物理世界联系在一起，将改变人与自然的交互方式。正因为如此，无线传感器网络越来越受到人们的关注。

无线传感器网络因为其应用环境的特殊性，与传统的无线通信系统有着明显的区别，具有传统无线通信系统没有的一些特点，其中最为重要的两个特点是：1)节点的资源有限；2)网络拓扑变化快。大部分无线传感器网络系统都要求部署后可以运行相当长的时间。但是，在无线传感器网络的整个生命周期中，软件的更新，漏洞的修复等系统维护工作是必不可少的。而收集网络中的节点对其进行重新编程和部署是不可能的，因此，通过多跳的自组织网络进行在线数据分发是最适合的解决办法。作为核心的基础模块，数据分发协议必须满足两个要求。第一，尽管网络链路是不可靠的，数据分发协议必须是100％可靠的。协议的100％可靠性体现在两个方面：1)网络中的每个节点都必须完整的收到所有数据；2)收到的数据必须是无错的。第二，数据分发协议的工作应该是高效的。上文提到的无线传感器网络的特点之一阐述了节点的有限资源，数据分发协议必须高效的将数据可靠地分发到整个网络。高效性主要有两个表形式：1)尽可能短的数据分发时间；2)尽可能少的能量消耗。其中，数据分发时间是衡量协议性能的最重要指标，因为在分发过程中，无线通信模块必须打开来监听网络情况，如果分发时间过长，监听的能耗将会非常大。

为了满足上述数据分发的两个要求，现有的技术主要有两大类。一类是基于协商(negotiation)的分发协议，另一类是基于泛洪(flooding)的广播协议。基于协商的分发协议是现在广泛采用的数据分发协议。该类协议主要采用协商机制，来避免冗余的数据传输。运行该协议的节点会使用ADV消息来周期性广播自己的数据版本。邻居节点接收到ADV消息后会判断彼此的版本是否一致，如果自己的数据版本低于接收到的ADV宣称的数据版本，则节点会发送REQ消息给ADV消息的发送者，请求新版本的数据。当ADV消息的发送者接收到REQ消息后，它会发送包含新版数据的DATA数据包。如果DATA数据包有丢失或者错误，则接收者会再次发送REQ消息来请求缺失的DATA数据包。通过这样类似三次握手的协商机制，基于协商的分发协议能够满足100％可靠性的要求，但是这是以牺牲高效性为代价的。因为协商会带来长时间的延时，使数据分发完成时间大大延长。协商过程占了完成时间的大部分，只有29％的完成时间是用来进行数据分发。其中，上述ADV、REQ及DATA为数据分发协议中三种不同的数据包类型。ADV用来广播新数据，REQ用于请求接受数据，DATA用于封装数据。而在基于泛洪的广播协议中，没有控制消息的存在，根节点从控制中心得到最新版本的数据包后进行广播，其它节点收到新的数据包后会以一定的概率将收到的数据包重新广播出去。通过重复的广播，使得数据像洪水一样分发到网络中。这样的数据分发方式由于没有控制信息的协商过程，达到一定程度的可靠性的完成时间大大缩短，但是由于没有重传机制，导致100％的可靠性不能保证。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无线传感器网络的数据分发方法，其不依赖于任何特定的数据分发协议，基于准确的理论模型选择对应的数据分发方法，实现高效、可靠的数据分发。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种无线传感器网络的数据分发方法，包括如下步骤：

A、节点接收新页的数据包，由“维护”状态转入“接收”状态，并在将所述新页的数据包全部接收后，返回“维护”状态；其中，当节点处于“维护”状态时，节点将发送周期性的ADV消息，判断是否需要从其它节点获得数据或者发送数据给其它节点；

B、所述节点转入“评估”状态，进行参数评估和最优策略决策；其中，所述参数评估是指对链路质量和阻塞ADV消息的数量进行评估，参数评估具体包括：整合有链路质量估计交换协议的链路质量估计组件根据收到链路质量估计交换协议数据包的发送数量和接收数量，计算链路质量；

根据公式(a)计算节点i阻塞ADV消息的数量

$N_{\sup p}=\underset{k\∈M_i^{UP}}{\Σ}1\·q_{ki}---\left(a\right)$

其中，N_supp为节点i阻塞ADV消息的数量，是节点i的上游节点的集合，q_ki为上游节点k到节点i的链路质量，即节点i由于上游节点k而阻塞ADV消息的数量的期望值；所述最优策略决策是指根据所述链路质量和阻塞ADV消息的数量，计算泛洪的次数n,若n等于零，则跳转到“协商”状态，执行步骤C，若n大于零，则跳转到“泛洪”状态，执行步骤D；所述泛洪的次数n是指利用基于泛洪的广播协议广播所述新页的数据包的次数；所述最优策略决策具体包括根据参数评估获得的链路质量和阻塞ADV消息的数量，利用公式(b)、(c)及(d)计算数据分发完成时间最小时的泛洪次数n，若n等于零，则跳转到“协商”状态，执行步骤C，若n大于零，则跳转到“泛洪”状态，执行步骤D；

$T_{ij}^H(n,\mathrm{\&phi;},q_{ij})=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},0,q_{ij}),& n=0\\ T_{ij}^F\left(n\right)+T_{\mathrm{ij}}^N(\mathrm{\&phi;},R_j(n,0),q_{ij}),& 0<n<n_F\\ T_{ij}^F\left(n_F\right),& n=n_F\end{array}\right.---\left(b\right)$

$T_{ij}^F\left(n\right)=nN(T_{pkt}+T_{back})---\left(c\right)$

$T_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},R_j(n,0),q_{ij})=T_{ij}^{ADV}+n_2\&CenterDot;T_{ij}^{REQ}+T_{ij}^{DATA}---\left(d\right)$

其中，n为泛洪的重复次数，n取非负整数，φ为已达到的可靠性φ，qij为链路质量，为在链路质量为qij和已达到φ可靠性的情况下、使用n次泛洪后再转入协商机制的数据分发方法所需要的完成时间；是指在节点j可靠性为0的情况下，未经泛洪、由协商机制补充到要求的可靠性φ所需要的时间；为泛洪n次的时间，为经过泛洪n次之后、由协商机制补充到要求的可靠性φ所需要的时间，R_j(n,0)为在初始可靠性为0情况下、通过n次泛洪可以使节点j能达到的可靠性，为ADV消息时间，为REQ消息时间，为DATA消息时间，n_F是仅通过泛洪方法达到要求的可靠性φ所需要的次数，T_pkt为发送一个数据包所需要的时间，T_back为发送一个数据包时为避免冲突所使用的延迟发送的时间，N为数据包的总数，n₂是使用协商机制所需要的请求次数；

C、所述节点利用基于协商的分发协议完成数据分发；

D、所述节点在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，并在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态；其中，所述无错跳转到“协商”状态是指当节点处于“泛洪”状态时，将所述新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在该节点跳转到“协商”状态后，广播通告ADV消息通告其它节点自己的状态转换。

特别地，所述步骤B中最优策略决策使用的链路质量为邻居节点的链路质量的中位数。

特别地，所述步骤B还包括：

监听节点的邻居节点的状态，若监听结果为：该节点的下游节点向所述邻居节点将要发送或已经发送所述新页的数据包，则该节点将从邻居节点的集合中剔除所述邻居节点。

特别地，所述步骤D中无错跳转到“协商”状态具体包括：

当节点处于“泛洪”状态时，将所述新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在该节点跳转到“协商”状态后，发送三个连续的ADV消息通告其它节点自己已转换到“协商”状态，并开始发送周期性的ADV消息。

特别地，所述步骤D具体包括：

所述节点跳转到泛洪状态时，通过概率泛洪进行数据分发，并在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态；

其中，所述概率泛洪是指分析节点之间的依赖关系，并根据分析结果查找出关键节点，并调整所述关键节点重新广播新页的数据包的概率。

特别地，所述步骤D中概率泛洪具体包括：

利用公式(e)计算反应节点i和节点j之间依赖关系的依赖关系指示变量I_j的值，如果存在节点j使得I_j＝1，则节点i为关键节点，设置重新广播新页的数据包的概率p_i＝1,如果对任意的节点j，都有I_j＝0，则设置p_i＝0，如果对任意的节点j，都有I_j<1，并且存在节点j，使得I_j>0，则使用滑动平均数调整p_i；

$I_j=\frac{|(U-S)\&cap;D_j|}{|U-S|}---\left(e\right)$

其中，U为新页中所有的数据包，S为节点i发送出去的数据包，D_j为从节点j返回的REQ消息表述的丢失的数据包D_j。

特别地，在节点发送新页的数据包之前，将对该新页的数据包进行编码，并将编码后的数据分发给其它节点。

本发明采用一种混合型的工作模式,根据参数评估获得的链路质量和阻塞ADV消息的数量,进行最优策略决策，判断并选择当前状态下最适合的工作模式，从而在保证100％的可靠性的同时，提高数据分发的效率。同时，本发明在数据分发过程中没有网络结构，从而节省了建立分发结构的开销，更加适应于无线传感器网络的动态性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无线传感器网络的数据分发方法流程图；

图2为本发明实施例提供的节点状态转换示意图；

图3为本发明实施例提供的基于协商的分发协议的数据分发完成时间组成示意图；

图4为本发明实施例提供的无线传感器网络的数据分发方法的数据分发完成时间的示例函数图像；

图5为本发明实施例提供的关键节点实例图；

图6为本发明实施例提供的无线传感器网络的数据分发方法的数据分发完成时间与基于协商的分发协议的数据分发完成时间对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

请参照图1和图2所示，本实施例中无线传感器网络的数据分发方法包括如下步骤：

步骤S101、节点接收新页的数据包，由“维护”状态转入“接收”状态，并在将所述新页的数据包全部接收后，返回“维护”状态；其中，当节点处于“维护”状态时，节点将发送周期性的ADV消息，判断是否需要从其它节点获得数据或者发送数据给其它节点，用于维护整个网络的状态一致性。

“维护”状态是网络的初始状态，无线传感器网络中所有节点保持一致的数据。所述ADV消息包含了数据的版本信息，通过ADV消息的交互，节点可以判断自己是否需要从其它节点获得数据或者发送数据给其它节点。

步骤S102、节点转入“评估”状态，进行参数评估和最优策略决策；其中，所述参数评估是指对链路质量和阻塞ADV消息的数量进行评估；所述最优策略决策是指根据所述链路质量和阻塞ADV消息的数量，计算泛洪的次数n,若n等于零，则跳转到“协商”状态，执行步骤S103，若n大于零，则跳转到“泛洪”状态，执行步骤S104；所述泛洪的次数n是指利用基于泛洪的广播协议广播所述新页的数据包的次数。

通常是根节点首先获得新页的数据包，在将新页中的所有数据包全部接收完全后，转入“评估”状态。

参数评估主要是对两个参数进行评估：链路质量和阻塞的ADV消息数量。链路质量是最优策略决策中的关键参数。将链路质量估计交换协议(LEEP)整合到链路质量估计的组件中，该链路质量估计组件根据收到链路质量估计交换协议数据包的发送数量和接收数量，计算链路质量。因为链路质量估计交换协议数据包的包头包含了一个序列号，每个发送出去的数据包都按顺序进行编号，则根据这个编号，从邻居节点到本节点的链路质量可以通过成功收到的数据包的数目和总的发送数目计算出来。而从本节点到邻居节点的链路质量可以通过广播的消息发送出去。将链路质量估计交换协议数据包的包头附加到包括ADV消息、REQ消息及DATA消息等消息中，通过大量的数据包可以准确的估计节点间的链路质量。

在基于协商协议的数据分发过程中，如果发送数据的节点听到了类似的ADV消息，则它就会阻塞自己的ADV消息。这样的机制原本是为了减少不必要的ADV消息的发送，但是正由于这样的机制，ADV消息的交互时间将会被延后。在线性网络拓扑结构中，阻塞ADV数目是1。然而，在更为普遍的网络中，阻塞ADV消息数目严重影响着基于协商协议的数据分发时间，必须比较准确的估计出这个数值。本实施例中，根据公式(a)计算节点i阻塞ADV消息的数量

$N_{\sup p}=\underset{k\&Element;M_i^{UP}}{\&Sigma;}1\&CenterDot;q_{ki}---\left(a\right)$

其中，N_supp为节点i阻塞ADV消息的数量，是节点i的上游节点的集合，q_ki为上游节点k到节点i的链路质量，即节点i由于上游节点k而阻塞ADV消息的数量的期望值。利用基于协商的分发协议进行数据分发时，数据分发的完成时间主要由两部分组成：控制时间和数据时间。其中，控制时间包括ADV消息时间和REQ消息时间，数据时间为DATA消息时间。如图3所示，图中T_ADV为ADV消息时间，T_REQ为REQ消息时间，阴影部分为DATA消息时间T_DATA。

最优策略选择组件根据参数评估获得的链路质量和阻塞ADV消息的数量，利用公式(b)、(c)及(d)计算数据分发完成时间最小时的泛洪次数n，若n等于零，则跳转到“协商”状态，执行步骤S103，若n大于零，则跳转到“泛洪”状态，执行步骤S104；

$T_{ij}^H(n,\mathrm{\&phi;},q_{ij})=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},0,q_{ij}),& n=0\\ T_{ij}^F\left(n\right)+T_{\mathrm{ij}}^N(\mathrm{\&phi;},R_j(n,0),q_{ij}),& 0<n<n_F\\ T_{ij}^F\left(n_F\right),& n=n_F\end{array}\right.---\left(b\right)$

$T_{ij}^F\left(n\right)=nN(T_{pkt}+T_{back})---\left(c\right)$

$T_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},R_j(n,0),q_{ij})=T_{ij}^{ADV}+n_2\&CenterDot;T_{ij}^{REQ}+T_{ij}^{DATA}---\left(d\right)$

其中，n为泛洪的重复次数，n取非负整数，φ为已达到的可靠性φ，qij为链路质量，为在链路质量为qij和已达到φ可靠性的情况下、使用n次泛洪后再转入协商机制的数据分发方法所需要的完成时间；是指在节点j可靠性为0的情况下，未经泛洪、由协商机制补充到要求的可靠性φ所需要的时间；为泛洪n次的时间，为经过泛洪n次之后、由协商机制补充到要求的可靠性φ所需要的时间，R_j(n,0)为在初始可靠性为0情况下、通过n次泛洪可以使节点j能达到的可靠性，为ADV消息时间，为REQ消息时间，为DATA消息时间，n_F是仅通过泛洪方法达到要求的可靠性φ所需要的次数，T_pkt为发送一个数据包所需要的时间，T_back为发送一个数据包时为避免冲突所使用的延迟发送的时间，N为数据包的总数，n₂是使用协商机制所需要的请求次数。如图4所示，图4为本发明实施例提供的无线传感器网络的数据分发方法的数据分发完成时间的示例函数图像。

函数有如下三个性质：性质1、在连续空间上，当n∈(-∞,+∞)，存在一个特殊的n为n^*，使得：数据分发完成时间最小；当n∈(-∞,n^*)，数据分发完成时间函数是单调递减的；当n∈(n^*,+∞)，数据分发完成时间函数是单调递增的。性质2、当n∈Z，和/或使得完成时间最小，其中n^*是满足性质的n。性质3、有且仅有一个n^*满足性质1，同时这个n^*也是唯一满足的n。

在最优策略决策中，有两个问题必须考虑进来。第一、链路质量的动态性。一般来书，数据分发的完成时间是由网络中最后一个完成数据分发的节点决定。但是，如果使用最差的链路质量来选择最优策略，将会导致过多的冗余泛洪次数，这是不合理的。因此，本发明中最优策略决策使用邻居节点的链路质量的中位数作为估算的链路质量。第二、无线传感器网络中节点的多样性必须考虑进来。一个发送者的下游邻居节点也许在发送者发送之前就通过其他路径收到了新页的数据包。这时发送者不应该考虑覆盖这个节点。本发明通过监听来获得邻居节点的状态，若监听结果为：在该节点的下游节点向所述邻居节点将要发送或已经发送所述新页的数据包，则该节点将从邻居节点的集合中剔除所述邻居节点，在新页的数据包的发送过程中不做考虑。

步骤S103、节点利用基于协商的分发协议完成数据分发。

节点发送周期性的ADV消息，当接收者收到ADV消息后，会立刻检查自己的数据，判断发送者想要发送的数据自己是否都已经获得，如果都已经获得，则不做处理；如果有缺失的数据包，则接收者将发送REQ消息给发送者，请求发送者发送所缺失的数据。发送者在一段时间内，将收到接收者发送的REQ消息，并根据REQ消息，将所有被请求的数据包通过DATA消息发送给接收者。

步骤S104、节点在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，并在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态；其中，所述无错跳转到“协商”状态是指当节点处于“泛洪”状态时，将所述新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在该节点跳转到“协商”状态后，广播通告ADV消息通告其它节点自己的状态转换。

所述节点跳转到泛洪状态时，通过概率泛洪进行数据分发，并在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态。其中，所述概率泛洪是指分析节点之间的依赖关系，并根据分析结果查找出关键节点，并调整所述关键节点重新广播新页的数据包的概率。概率泛洪从以下两方面减少了广播风暴问题：1)使用随机后退机制减小冲突。2)使用概率重广播减少数据冗余。在本发明中随机后退时间是[10,25]ms(毫秒)。具体过程如下：利用公式(e)计算反应节点i和节点j之间依赖关系的依赖关系指示变量I_j的值，如果存在节点j使得I_j＝1，则节点i为关键节点，设置重新广播新页的数据包的概率p_i＝1,如果对任意的节点j，都有I_j＝0，则设置p_i＝0，如果对任意的节点j，都有I_j<1，并且存在节点j，使得I_j>0，则使用滑动平均数调整p_i；

$I_j=\frac{|(U-S)\&cap;D_j|}{|U-S|}---\left(e\right)$

其中，U为新页中所有的数据包，S为节点i发送出去的数据包，D_j为从节点j返回的REQ消息表述的丢失的数据包D_j。

下面对关键节点进行说明。如图5所示，图5给出了一个关于关键节点的示例。坐标系的横轴表示泛洪次数n(Floodingrounds:n)；纵轴表示数据分发完成时间(Completiontime)，单位为秒。如图所示的网络拓扑结构，可以看到当节点A和B获得了新的数据后，如果节点A不重新广播收到的数据，则节点D有机会从节点B获得新的数据，然而节点C却根本不可能获得任何新的数据，因为节点C只有节点A一个邻居节点。所以节点A对于C来说是一个关键节点，依赖关系指示变量是1。另一方面，我们可以看到即使B不重新广播收到的数据，D仍有机会从A获得新的数据，所以D对B的依赖不是完全依赖。所以我们可以看到，A的重新广播概率应该尽可能的高以便C收到新数据，而B的重新广播概率可以适当降低，因为A必然会广播多次，D可以借此从A获得数据。

所述无错跳转到“协商”状态具体包括：当节点处于“泛洪”状态时，将所述新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在该节点跳转到“协商”状态后，发送三个连续的ADV消息通告其它节点自己已转换到“协商”状态，并开始发送周期性的ADV消息。

在节点由“泛洪”状态转换为“协商”状态时，必须满足两个要求。一、转换必须高效。在节点泛洪重复n次之后，转换到“协商”状态，如果节点通过发送周期性的ADV消息来建立协商，时延将会大大增加数据分发的完成时间，尤其是当链路质量不好或者阻塞ADV消息的数量比较多的时候。为了提高效率，本发明在节点处于“泛洪”状态时，将新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，大量的减少了ADV消息建立协商带来的时间开销。二、转换必须高效。只要节点转换到“协商”状态后，将发送三个连续的ADV消息通告其它节点自己已转换到“协商”状态，这样周围节点收到了ADV消息后将发送REQ消息请求数据，这样保证了效率。当三个连续的ADV消息发送结束后，节点将开始发送周期性的ADV消息，继续通知周围节点自己的数据状态。这样即使三个连续的ADV消息全部丢失，周围节点也可以通过周期性的ADV消息来建立协商，保证了状态转换的无错性。

如图6所示，图6展示了本发明数据分发方法(SurF)减少数据分发完成时间的过程。坐标系的横轴表示数据分发完成时间，单位为秒；纵轴表示可靠性的百分比。1-stround表示第一轮协商，2-ndround表示第二轮协商，3-rdround表示第三轮协商。从图中可以看到SurF由于在“泛洪”状态时，将新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在节点转换到“协商”状态后，将发送三个连续的ADV消息通告其它节点自己已转换到“协商”状态，可以迅速进行DATA消息的发送，从而将原来需要的三轮协商减少为两轮协商过程，使得完成时间缩短了五秒钟。

在数据分发过程中，本发明还用到了分段与并行技术，并可简单方便将编码技术包含进来。但是，由于无线传感器网络节点硬件限制，现有的编码技术的解码过程比较耗时，故本发明保持对编码技术的兼容，但本实施例中暂未包含具体编码技术。

分段与并行技术。在数据分发过程中，在某一跳的传输时，远离该跳传输的其他邻居节点是可以通信而不受到本跳传输的干扰的。分段与并行就是利用这样的特性来进行时空复用，达到并行的效果，提高分发效率。数据会被分割成固定大小(比如1K)的数据段(称之为页)，每页包含固定数目的数据包。数据的分发以页为单位。则在三跳以外，同一页或不同页的数据可以并行传输。

编码技术。使用编码技术时，发送数据的节点会将数据使用特定的编码方式进行编码，然后传输编码后的数据包。接收者在收到足够数目的编码包后即可进行解码，恢复出数据。这样的好处是编码后的数据包对于接收者的地位是同等无异的，也就是说，接收者不需要再记录自己丢失了哪些数据包，而只需要记录还需要多少个编码的数据包来解码即可。这样可以避免过多的控制信息传输，从而节省时间和能耗。但是编码技术受限于微处理芯片的计算能力，在现有的Telosb平台上，解码的时间会随着一起解码的数据包数目呈指数增长，也就是说，每页内的数据包数目不可以过多。不然，传输同样的数据，需要的页数增将多，会导致并行效果降低。其中，TelosB全称是CrossBow(柯思博)公司Telos系列节点的Rev.B。

本发明的技术方案不依赖于任何特定的数据分发协议，基于准确的理论模型选择对应的数据分发方法，实现高效、可靠的数据分发。

上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、节点接收新页的数据包，由“维护”状态转入“接收”状态，并在将所述新页的数据包全部接收后，返回“维护”状态；其中，当节点处于“维护”状态时，节点将发送周期性的ADV消息，判断是否需要从其它节点获得数据或者发送数据给其它节点；

B、所述节点转入“评估”状态，进行参数评估和最优策略决策；其中，所述参数评估是指对链路质量和阻塞ADV消息的数量进行评估，参数评估具体包括：整合有链路质量估计交换协议的链路质量估计组件根据收到链路质量估计交换协议数据包的发送数量和接收数量，计算链路质量；

根据公式(a)计算节点i阻塞ADV消息的数量

$N_{\sup p}=\underset{k\&Element;M_i^{UP}}{\&Sigma;}1\&CenterDot;q_{ki}---\left(a\right)$

其中，N_supp为节点i阻塞ADV消息的数量，是节点i的上游节点的集合，q_ki为上游节点k到节点i的链路质量，即节点i由于上游节点k而阻塞ADV消息的数量的期望值；所述最优策略决策是指根据所述链路质量和阻塞ADV消息的数量，计算泛洪的次数n,若n等于零，则跳转到“协商”状态，执行步骤C，若n大于零，则跳转到“泛洪”状态，执行步骤D；所述泛洪的次数n是指利用基于泛洪的广播协议广播所述新页的数据包的次数；所述最优策略决策具体包括根据参数评估获得的链路质量和阻塞ADV消息的数量，利用公式(b)、(c)及(d)计算数据分发完成时间最小时的泛洪次数n，若n等于零，则跳转到“协商”状态，执行步骤C，若n大于零，则跳转到“泛洪”状态，执行步骤D；

$T_{ij}^H(n,\mathrm{\&phi;},q_{ij})=\left\{\begin{array}{cc}{T}_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},0,q_{ij}),& n=0\\ T_{ij}^F\left(n\right)+T_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},R_j(n,0),q_{ij}),& 0<n<n_F\\ T_{ij}^F\left(n_F\right),& n=n_F\end{array}\right.---\left(b\right)$

$T_{ij}^F\left(n\right)=nN(T_{pkt}+T_{back})---\left(c\right)$

$T_{ij}^N(\mathrm{\&phi;},R_j(n,0),q_{ij})=T_{ij}^{ADV}+n_2\&CenterDot;T_{ij}^{REQ}+T_{ij}^{DATA}---\left(d\right)$

其中，n为泛洪的重复次数，n取非负整数，φ为已达到的可靠性φ，q_ij为链路质量，为在链路质量为q_ij和已达到φ可靠性的情况下、使用n次泛洪后再转入协商机制的数据分发方法所需要的完成时间；是指在节点j可靠性为0的情况下，未经泛洪、由协商机制补充到要求的可靠性φ所需要的时间；为泛洪n次的时间，为经过泛洪n次之后、由协商机制补充到要求的可靠性φ所需要的时间，R_j(n,0)为在初始可靠性为0情况下、通过n次泛洪可以使节点j能达到的可靠性，为ADV消息时间，为REQ消息时间，为DATA消息时间，n_F是仅通过泛洪方法达到要求的可靠性φ所需要的次数，T_pkt为发送一个数据包所需要的时间，T_back为发送一个数据包时为避免冲突所使用的延迟发送的时间，N为数据包的总数，n₂是使用协商机制所需要的请求次数；

C、所述节点利用基于协商的分发协议完成数据分发；

D、所述节点在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，并在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态；其中，所述无错跳转到“协商”状态是指当节点处于“泛洪”状态时，将所述新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在该节点跳转到“协商”状态后，广播通告ADV消息通告其它节点自己的状态转换。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，所述步骤B中最优策略决策使用的链路质量为邻居节点的链路质量的中位数。

3.根据权利要求2所述的无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

监听节点的邻居节点的状态，若监听结果为：该节点的下游节点向所述邻居节点将要发送或已经发送所述新页的数据包，则该节点将从邻居节点的集合中剔除所述邻居节点。

4.根据权利要求3所述的无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，所述步骤D中无错跳转到“协商”状态具体包括：

当节点处于“泛洪”状态时，将所述新页的数据包以“协商”状态下ADV消息的形式进行广播，并在该节点跳转到“协商”状态后，发送三个连续的ADV消息通告其它节点自己已转换到“协商”状态，并开始发送周期性的ADV消息。

5.根据权利要求4所述的无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，所述步骤D具体包括：

所述节点跳转到泛洪状态时，通过概率泛洪进行数据分发，并在广播所述新页的数据包n次后，无错跳转到“协商”状态，在REQ消息等待超时时，跳转到“维护”状态；

其中，所述概率泛洪是指分析节点之间的依赖关系，并根据分析结果查找出关键节点，并调整所述关键节点重新广播新页的数据包的概率。

6.根据权利要求5所述的无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，所述步骤D中概率泛洪具体包括：

利用公式(e)计算反应节点i和节点j之间依赖关系的依赖关系指示变量I_j的值，如果存在节点j使得I_j＝1，则节点i为关键节点，设置重新广播新页的数据包的概率p_i＝1,如果对任意的节点j，都有I_j＝0，则设置p_i＝0，如果对任意的节点j，都有I_j＜1，并且存在节点j，使得I_j>0，则使用滑动平均数调整p_i；

$I_j=\frac{|(U-S)\&cap;D_j|}{|U-S|}---\left(e\right)$

其中，U为新页中所有的数据包，S为节点i发送出去的数据包，D_j为从节点j返回的REQ消息表述的丢失的数据包D_j。

7.根据权利要求6所述的无线传感器网络的数据分发方法，其特征在于，在节点发送新页的数据包之前，将对该新页的数据包进行编码，并将编码后的数据分发给其它节点。