CN102958130A - 一种传感器网络路由方法、网络节点和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种传感器网络路由方法、网络节点和系统。所述方法包括：接收来自源节点的第一数据描述报文；获取网络节点的节点属性，当所述网络节点的节点属性是有源时，向所述源节点发送第一数据请求报文，当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当所述收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述源节点发送第一数据请求报文；接收来自所述源节点的第一数据报文。采用本发明实施例提供的技术方案，可以解决现有技术中无源节点能耗高，无线传感器网络的整体寿命缩短和性能低的问题。

Description

一种传感器网络路由方法、网络节点和系统
技术领域
本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种传感器网络路由方法、网络节点和系统。
背景技术
通常，无线传感器网络中的网络节点分为两类：全功能器件(FullFunction Device，简称为FFD)和精简功能器件(Reduced FunctionDevice，简称为RFD)。FFD既可以作为传感器节点，也可以作为路由器或网络协调器，与任何其他设备通信和转发数据；RFD仅作为传感器节点，只能和FFD通信，通过FFD转发数据。由于FFD作为传感器节点外，还要担当路由器或网络协调器，进行数据转发，FFD不能长时间处于睡眠状态，因此FFD的能耗相比RFD要高。
无线传感器网络中存在通过电池提供能量的网络节点(以下称为无源节点)和通过电路提供能量的网络节点(以下称为有源节点)；有源节点不受能量约束，而无源节点受到电池能量的约束。
通常，传感器网络的组网和路由，对FFD不区分有源节点和无源节点，作为FFD的无源节点需要进行路由和数据转发，不能长时间处于睡眠状态，能耗高，电池寿命短，从而降低了无线传感器网络的整体寿命。此外，为了降低能耗，作为FFD的无源节点在不工作时，会进入睡眠状态；当需要进行路由和数据转发时，FFD先得从睡眠状态转到工作状态，才可以进行路由和数据转发，这降低了无线传感器网络的响应速度、转发效率等性能。
发明内容
本发明实施例提供了一种传感器网络路由方法、网络节点和系统，以解决现有技术中无源节点能耗高，无线传感器网络的整体寿命缩短和性能低的问题。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种传感器网络路由方法，包括：
接收来自源节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；
获取网络节点的节点属性；
当所述网络节点的节点属性是有源时，向所述源节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据；
当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当所述收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述源节点发送所述第一数据请求报文；
接收来自所述源节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种网络节点，包括：
接收器，用于接收来自源节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；
获取单元，用于获取所述网络节点的节点属性；
记录单元，用于当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数；
发送器，用于向所述源节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据；
所述接收器，还用于接收来自所述源节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种传感器网络，包括第一网络节点和第二网络节点，其中：
所述第一网络节点，用于接收来自所述第二网络节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；获取自身的节点属性，当自身的节点属性是有源时，向所述第二网络节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据，当自身的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述第二网络节点发送所述第一数据请求报文；接收来自所述第二网络节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容；
所述第二网络节点，用于广播发送所述第一数据描述报文，接收来自所述第一网络节点的所述第一数据请求报文，并向所述第一网络节点发送所述第一数据报文。
采用本发明实施例提供的技术方案，通过有源节点优先响应并转发数据，可以降低无源节点的能耗，延长无源节点的使用寿命，从而延长无线传感器网络的整体寿命，提升网络的稳定性、响应速度等性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种传感器网络路由方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种网络节点框图；
图3是本发明实施例提供的一种传感器网络系统框图；
图4是本发明实施例提供的一种传感器网络示意图。
具体实施方式
参见图1，是本发明实施例提供的一种传感器网络路由方法流程图，所述方法包括：
101：接收来自源节点的第一数据描述报文。
当所述源节点采集到数据内容时，所述源节点生成与所述数据内容对应的第一元数据。元数据是对数据内容的属性描述。
然后，所述源节点生成所述第一数据描述报文，并广播发送所述第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含所述第一元数据。
网络节点接收来自所述源节点的所述第一数据描述报文。
102：获取网络节点的节点属性。
所述节点属性可以是有源或无源。
在步骤101之前，可以设置所述网络节点的节点属性。具体可以是，当所述网络节点通过电池供电时，设置节点属性为无源；当所述网络节点通过电路供电时，设置节点属性为有源。
所述网络节点收到所述第一数据描述报文后，获取自身的节点属性。
103：当所述网络节点的节点属性是有源时，向所述源节点发送第一数据请求报文。
当所述网络节点的节点属性是有源时，所述网络节点直接向所述源节点发送所述第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据。
104：当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当所述收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述源节点发送所述第一数据请求报文。
所述网络节点可以设置计数器，用于记录收到所述第一数据描述报文的次数。当首次收到所述第一数据描述报文时，可以将计数器值设为1，后续再收到所述第一描述报文时，计数器值加1。
所述网络节点可以预先设定计数阈值。所述网络节点可以获取所述计数器值，当所述计数器值达到所述计数阈值时，向所述源节点发送所述第一数据请求报文。
举例来说，预先设定计数阈值为2，当首次收到所述第一数据描述报文时，将计数器值设为1，网络节点不响应所述第一数据描述报文；当所述网络节点再次收到所述第一数据描述报文时，计数器值加1，计数器值为2，达到所述计数阈值；则所述网络节点生成并发送所述第一数据请求报文。
105：接收来自所述源节点的第一数据报文。
所述源节点收到所述第一数据请求报文后，提取所述第一元数据对应的数据内容，生成并发送第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
所述网络节点接收来自源节点的所述第一数据报文。
当所述网络节点要发送数据内容时，所述网络节点可以广播发送第二数据描述报文，所述第二数据描述报文中包含第二元数据。
所述网络节点可以设置计时器，当广播发送所述第二数据描述报文的同时，可以初始化所述计时器，并开始计时。
所述网络节点可以设定时间阈值。所述网络节点可以获取所述计时器值，判断所述计时器值是否达到所述时间阈值时。当达到时间阈值所述网络节点仍未收到响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文时，再次广播发送所述第二数据描述报文，并重新计时，直至所述网络节点收到来自邻居节点响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文。
所述网络节点接收来自邻居节点响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文，所述第二数据请求报文中包含所述第二元数据。
所述网络节点提取所述第二元数据对应的数据内容，生成第二数据报文，所述第二数据报文中包含所述第二元数据对应的数据内容。
所述网络节点向所述邻居节点发送所述第二数据报文。
可以理解，当所述网络节点首次广播所述第二数据描述报文时，如果没有收到所述第二数据请求报文，说明所述网络节点的邻居节点中不存在有源节点；当所述网络节点再次或多次广播所述第二数据描述报文后，无源节点才会响应。
本发明实施例中，源节点首次发送第一数据描述报文时，源节点的邻居节点中节点属性为有源的网络节点，会发送第一数据请求报文响应该第一数据描述报文，而节点属性为无源的网络节点，不响应第一数据描述报文；如果源节点的邻居节点中不存在节点属性为有源的网络节点，到达时间阈值后，源节点没有收到响应该第一数据描述报文的第一数据请求报文，源节点会重复发送第一数据描述报文，邻居节点中的节点属性为无源的网络节点才会发送第一数据请求报文响应该第一数据描述报文。这样，源节点优先通过邻居节点中节点属性为有源的网络节点转发数据，可以降低无源节点的能耗，延长无源节点的使用寿命，从而提高无线传感器网络的稳定性和通信的可靠性。
参见图2，是本发明实施例提供的一种网络节点框图，所述网络节点包括接收器201，获取单元202，记录单元203和发送器204，其中：
所述接收器201，用于接收来自源节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据。
所述获取单元202，用于获取所述网络节点的节点属性。
所述记录单元203，用于当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数。
所述发送器204，用于向所述源节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据。
元数据是对数据内容的属性描述。
所述节点属性可以是有源或无源。
所述接收器201，还用于接收来自所述源节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
所述网络节点可以设置所述网络节点的节点属性。
当所述网络节点的节点属性是有源时，所述发送器204用于向所述源节点发送所述第一数据请求报文；所述接收器201，还用于接收来自所述源节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
当所述网络节点的节点属性是无源时，所述记录单元具体用于设置计数器，当首次收到所述第一数据描述报文时，将所述计数器值设为1，后续再收到所述第一描述报文时，将所述计数器值加1。
所述网络节点可以预先设定计数阈值。所述获取单元202可以获取所述计数器值，当所述计数器值达到所述计数阈值时，所述发送器204还用于向所述源节点发送所述第一数据请求报文，所述接收器201还用于接收来自所述源节点的所述第一数据报文。
所述发送器204还用于广播发送第二数据描述报文，所述第二数据描述报文中包含所述第二元数据。
所述记录单元203具体还可以用于设置计时器，当所述发送器204广播发送所述第二数据描述报文的同时，初始化所述计时器，并开始计时。
所述网络节点还可以设置时间阈值。所述获取单元202可以获取所述计时器值，当所述计时器值达到时间阈值，所述网络节点仍未收到响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文时，所述发送器204再次广播发送所述第二数据描述报文。
所述接收器201，还用于接收来自邻居节点的响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文，所述第二数据请求报文中包含所述第二元数据。
所述发送器204，还用于向所述邻居节点发送第二数据报文，所述第二数据报文中包含所述第二元数据对应的数据内容。
参见图3，是本发明实施例提供的一种传感器网络系统框图，所述网络包括第一网络节点301和第二网络节点302。其中：
所述第一网络节点301，用于接收来自所述第二网络节点302的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；获取自身的节点属性，当自身的节点属性是有源时，向所述第二网络节点302发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据，当自身的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述第二网络节点302发送所述第一数据请求报文；接收来自所述第二网络节点302的第一数据报文，所述数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容；
所述第二网络节点302，用于广播发送所述第一数据描述报文，接收来自所述第一网络节点301的所述第一数据请求报文，并向所述第一网络节点301发送所述第一数据报文。
所述节点属性可以是有源或无源。
所述网络节点301可以设置自身的节点属性。具体可以是，当所述网络节点通过电池供电时，设置节点属性为无源；当所述网络节点通过电路供电时，设置节点属性为有源。
所述第二网络节点302还用于根据数据内容生成所述第一元数据。元数据是对数据内容的属性描述。
当所述第一网络节点301的节点属性是无源时，所述第一网络节点301还可以用于设置计数器，记录收到所述第一数据描述报文的次数。例如，当所述第一网络节点301首次收到所述第一数据描述报文时，将所述计数器值设为1，后续再收到所述第一描述报文时，将所述计数器值加1。
所述第一网络节点301还可以用于预先设定计数阈值。所述第一网络节点301可以获取所述计数器值，当所述计数器值达到所述计数阈值时，向所述第二网络节点302发送所述第一数据请求报文。
所述第一网络节点301还用于广播发送第二数据描述报文，所述第二数据描述报文中包含第二元数据。
所述第一网络节点301还可以用于设置计时器，当广播发送所述第二数据描述报文的同时，初始化所述计时器，并开始计时。
所述第一网络节点301还可以用于预先设定时间阈值，所述第一网络节点301可以获取所述计时器值；当所述计时器值达到时间阈值，所述第一网络节点301仍未收到响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文时，所述第一网络节点301再次广播所述第二数据描述报文，并重新计时。
如图4所示，是本发明实施例提供的一种传感器网络示意图，所述网络还可以包含第三网络节点303。
所述第一网络节点301还用于接收来自所述第三网络节点303的第二数据请求报文；所述第二数据请求报文中包含所述第二元数据。
所述第一网络节点301还用于向所述第三网络节点303发送第二数据报文，所述第二数据报文中包含所述第二元数据对应的数据内容。
本领域普通技术人员可以理解，在传感器网络的其他路由协议中，也可以利用有源节点不受能耗限制的特点，在组网及路由时区分有源节点和无源节点，提高传感器网络的稳定性和性能。例如，低功耗自适应集簇分层型协议(Low Energy Adaptive ClusteringHierarchy，简称LEACH)中，可以用有源节点作为能耗较高的簇头。
采用本发明实施例提供的技术方案，通过有源节点优先响应并转发数据，可以降低无源节点的能耗，延长无源节点的使用寿命，从而延长无线传感器网络的整体寿命，提升网络的稳定性、响应速度等性能；解决了现有技术中无源节点能耗高，无线传感器网络的整体寿缩短和性能低的问题。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是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计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是ROM/RAM，磁盘或光盘等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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之内。

Claims (10)

1.一种传感器网络路由方法，其特征在于，包括：
接收来自源节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；
获取网络节点的节点属性；
当所述网络节点的节点属性是有源时，向所述源节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据；
当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述源节点发送所述第一数据请求报文；
接收来自所述源节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
广播发送第二数据描述报文，所述第二数据描述报文中包含第二元数据；
当达到时间阈值仍未收到响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文时，再次广播发送所述第二数据描述报文。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在广播所述第二数据描述报文之后，所述方法还包括：
接收来自邻居节点响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文，所述第二数据请求报文中包含所述第二元数据；
向所述邻居节点发送第二数据报文，所述第二数据报文中包含所述第二元数据对应的数据内容。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，具体包括：
设置计数器；
当首次收到所述第一数据描述报文时，将所述计数器值设为1；后续再收到所述第一数据描述报文时，将所述计数器值加1。
5.一种网络节点，其特征在于，包括：
接收器，用于接收来自源节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；
获取单元，用于获取所述网络节点的节点属性；
记录单元，用于当所述网络节点的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数；
发送器，用于向所述源节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据；
所述接收器，还用于接收来自所述源节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容。
6.根据权利要求5所述的网络节点，其特征在于，
所述发送器，还用于广播发送第二数据描述报文，所述第二数据描述报文中包含第二元数据；
所述接收器，还用于接收来自邻居节点的第二数据请求报文，所述第二数据请求报文中包含所述第二元数据；
所述发送器，还用于向所述邻居节点发送第二数据报文，所述第二数据报文中包含所述第二元数据对应的数据内容。
7.根据权利要求5或6所述的网络节点，其特征在于，所述记录单元具体用于，设置计数器；当首次收到所述第一数据描述报文时，将所述计数器值设为1；后续再收到所述第一描述报文时，将所述计数器值加1。
8.一种传感器网络，其特征在于，包括第一网络节点和第二网络节点，其中：
所述第一网络节点，用于接收来自所述第二网络节点的第一数据描述报文，所述第一数据描述报文中包含第一元数据；获取自身的节点属性，当自身的节点属性是有源时，向所述第二网络节点发送第一数据请求报文，所述第一数据请求报文中包含所述第一元数据，当自身的节点属性是无源时，记录收到所述第一数据描述报文的次数，当收到所述第一数据描述报文的次数达到计数阈值时，向所述第二网络节点发送所述第一数据请求报文；接收来自所述第二网络节点的第一数据报文，所述第一数据报文中包含所述第一元数据对应的数据内容；
所述第二网络节点，用于广播发送所述第一数据描述报文，接收来自所述第一网络节点的所述第一数据请求报文，并向所述第一网络节点发送所述第一数据报文。
9.根据权利要求8所述的网络，其特征在于，
所述第一网络节点还用于广播发送第二数据描述报文，所述第二数据描述报文中包含第二元数据；当达到时间阈值仍未收到响应所述第二数据描述报文的第二数据请求报文时，再次广播发送所述第二数据描述报文。
10.根据权利要求9所述的网络，其特征在于，所述网络还包括第三网络节点；相应地，
所述第一网络节点，还用于接收来自所述第三网络节点的第二数据请求报文，所述第二数据请求报文中包含所述第二元数据；并向所述第三网络节点发送第二数据报文，所述第二数据报文中包含所述第二元数据对应的数据内容。
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