CN103227695B - 一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法，当正常传输时，在2k-1个时隙中，第2n个传感器节点接收第2n+1个传感器节点发送的正常数据；在2k个时隙中，第2n-1个传感器节点接收第2n个传感器节点发送的正常数据，最后由控制中心节点接收正常数据；当第i个传感器节点发送紧急数据传输时，第i-m个传感器节点接收第i个传感器节点发送的紧急数据，并将所述紧急数据以m为传感器节点之间的跳数间隔传输至下一传感器节点，直至最终传输至控制中心节点。根据传输正常数据和紧急数据的不同情况，采用不同的传输方式进行传输，以确保紧急数据及时传输至控制中心。

Description

一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统。

背景技术

在信息技术领域，智能电网可以提供变电站自动化监测和保护功能。在电力传输系统中，大量的电力输电塔安装在多个变电站之间，负责长的传输线的输电工作。电力传输系统始终需要保持接通，并保持低延时的连接，以有效地运作。于是，输电线路监控系统应具有自动地快速响应时间。

输电线路监控系统上的传感器节点分布呈线性拓扑结构，利用目前成熟的蜂窝网络通信技术，其缺陷主要以下两点：1.蜂窝网络传输信息成本高，蜂窝状小区通信的方式应用于线性拓扑网络中，大部分能量被浪费；2.距离中心控制塔较远的监控节点与中心控制塔的通信会受到小区半径的限制。基于以上两点，输电线路监控系统单纯采用蜂窝通信的成本太高。

此外，传统的输电线路监控系统采用多跳自组织网络传输。传统的自组织网络传输中信息时延要求难以得到保证。输电线路上采集的数据根据性质不同，可以有多个QoS（服务质量）的划分。一般说有以下三种：1.一般的监控数据，此类数据对时延不敏感，一般为周期性采集传输；2.紧急突发事件的监控数据，此类数据需要及时传输到控制中心，对延时要求很高；3.应用需要数据，根据实际需要获取的输电线路上的信息数据，一般对延时要求较高。单纯的自组织网络则没有考虑输电线路监控系统中采集的数据之间的不同，因而不能提供很好的监控服务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统，以解决现有的输电线路监控系统采用蜂窝通信的成本太高、采用传统的多组织网络传输，信息时延要求难以得到保证的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于服务质量保证的多跳数据传输系统，包括：

多个传感器节点和控制中心节点，所述传感器节点在分配的信道上将正常数据和紧急数据传输至控制中心节点，其中，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据采集系统中，所述正常数据包括：由上一个传感器节点发送的正常数据和由当前传感器节点产生的需要发送至下一传感器节点的正常数据。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据采集系统中，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输包括：在同一时隙上，传感器节点区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]上的正常数据和紧急数据均在自己的信道上进行传输，其中，n表示传感器节点的数量，n为正整数，i表示第i个传感器节点，i为小于等于n的正整数m表示发送紧急数据的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据传输系统中，传输正常数据和紧急数据的信道数量和跳数m的关系包括：

其中，|f|表示信道数量，|f|为正整数，n表示传感器节点的数量，n为正整数，m表示发送紧急数据时的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

同时，本发明还一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法，包括：多个传感器节点和控制中心节点；

当正常传输时，在2k-1个时隙中，第2n个传感器节点接收第2n+1个传感器节点发送的正常数据；在2k个时隙中，第2n-1个传感器节点接收第2n个传感器节点发送的正常数据，直至最终传输至控制中心节点，其中，k、n为正整数；

当第i个传感器节点发送紧急数据传输时，第i-m个传感器节点接收第i个传感器节点发送的紧急数据，并将所述紧急数据以m为传感器节点之间的跳数间隔传输至下一传感器节点，直至最终传输至控制中心节点，其余正常数据按所述正常传输时进行传输，其中，i为小于等于n的正整数，m为小于等于n的正奇数，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法中，所述正常数据包括：由上一个传感器节点发送的正常数据和由当前传感器节点产生的需要发送至下一传感器节点的正常数据。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法中，在将所述紧急数据以m为传感器节点之间的跳数间隔传输至下一传感器节点，直至最终传输至控制中心节点的步骤中，当传感器节点与控制中心节点之间的跳数间隔不足m时，以实际跳数传输至控制中心节点，m表示最大跳数间隔。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法中，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输包括：传感器节点区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]上的正常数据和紧急数据均在自己的信道上进行传输，其中，n表示传感器节点的数量，n为正整数，i表示第i个传感器节点，i为小于等于n的正整数m表示发送紧急数据的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

可选的，在所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法中，传输正常数据和紧急数据的信道数量和跳数m的关系包括：

其中，|f|表示信道数量，|f|为正整数，n表示传感器节点的数量，n为正整数，m表示发送紧急数据时的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

本发明提供的一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统，具有以下有益效果：根据传输正常数据和紧急数据的不同情况，采用不同的传输方式进行传输，以确保紧急数据及时传输至控制中心。此外，在同一时隙上，将紧急数据和正常数据在不同信道上传输，避免了传输时的干扰。

附图说明

图1是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统的网络拓扑示意图；

图2是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法的正常数据传输过程示意图；

图3是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法的紧急数据传输过程示意图；

图4是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法的第i个传感器节点的干扰范围示意图；

图5是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法的信道数量选择的情况一的数据传输示意图；

图6是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法的信道数量选择的情况二的数据传输示意图；

图7是本发明的基于服务质量保证的多跳数据传输方法的信道数量选择的情况三的数据传输示意图；

图8是本发明实施例1的基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统的数据传输时序示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于服务质量保证的多跳数据传输方法和系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明将输电系统网络抽象成一个线性多跳网络，其中有多个传感器节点11。所述传感器节点11可以采集输电线路上的监控数据，也可以承担监控数据转发工作，即传感器节点11之间通过多跳方式与控制中心节点12通信。

本发明提供一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法，包括：多个传感器节点11和控制中心节点12；特别的，可将输电系统网络中的变电站抽象为控制中心，负责收集多个传感器节点11采集的数据。

当正常传输时，在2k-1个时隙中，第2n个传感器节点接收第2n+1个传感器节点发送的正常数据；在2k个时隙中，第2n-1个传感器节点接收第2n个传感器节点发送的正常数据，直至最终传输至控制中心节点，其中，k、n为正整数；

其中，所述正常数据包括：由上一个传感器节点发送的正常数据和由当前传感器节点产生的需要发送至下一传感器节点的正常数据。也就是说在当前传感器节点可以单单仅转发上一个传感器节点发送的正常数据，也可以在转发上一个传感器节点发送的正常数据的同时也发送自己的正常数据。

具体的，如图2所示，为了避免无线传输的干扰，每个传感器节点在一个给定的时隙上，利用分配的信道进行数据传输。将传感器节点分成两组，编号为奇数的传感器节点作为一组，编号为偶数的节点则是另一组。在一个发送时隙内，一组的节点发送正常数据，而另一组的接收正常数据。例如，在奇数时隙中，第3个传感器节点利用分配的信道发送正常数据给第2个传感器节点。随后，在偶数时隙时，第2个传感器节点则利用分配的信道发送正常数据给第1个传感器节点。

当第i个传感器节点发送紧急数据传输时，第i-m个传感器节点接收第i个传感器节点发送的紧急数据，并将所述紧急数据以m为传感器节点之间的跳数间隔传输至下一传感器节点，直至最终传输至控制中心节点，其余正常数据按所述正常传输时进行传输，特别的，当传感器节点与控制中心节点之间的跳数间隔不足m时，则以实际跳数间隔传输至控制中心节点。其中，i为小于等于n的正整数，m为小于等于n的正奇数，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输。

具体的，如图3所示，当有紧急数据需要迅速传输至控制中心时，发送所述紧急数据的传感器节点可以选择下一跳节点作为接收节点，也可以选择多跳的方式进行传输。例如，第6个传感器节点需要传输一个延时要求高的数据至控制中心节点，优选的，所述第6个传感器节点通过m的跳数间隔将紧急数据传输至控制中心节点，其中，m为最大跳数。特别的，所述第6个传感器节点也可以以小于m跳的跳数进行传输，由于远距离的传输，传感器节点的发射功率将增加，考虑到发射功率和传输延时之间的平衡，传感器节点将选择合适的中继传感器节点进行数据传递。

但是，如图4所示，当发送紧急数据时，传感器节点的发送功率增加容易引起对其他节点正常数据的干扰，在区间[i-m，i+m]内的传感器节点会被第i个传感器节点的传输干扰，因此，在同一时隙上，不能将紧急数据和正常数据分配在同一信道进行数据的传输。具体的，对于第i个传感器节点，定义其干扰范围为：区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]，其中，i∈[1，n]也就是说，在同一时隙上，传感器节点区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]上的正常数据和紧急数据在自己的信道上传输，其中，n表示传感器节点的数量，n为正整数，i表示第i个传感器节点，i为小于等于n的正整数m表示发送紧急数据的跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

特别的，对于在传输过程中需要的信道数量和跳数m的关系包括：

其中，|f|表示信道数量，|f|为正整数，n表示传感器节点的数量，n为正整数，m表示发送紧急数据时的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

具体的，当n≤m时，如图5所示，n=5，m=5，

由于网络中传感器节点数较小，每一个都必须占用一个信道，因此，n个传感器节点需要n/2个信道。

具体的，当m＜n≤2m时，如图6所示，n=6，m=3，

由于离控制中心节点远的传感器节点会对距离近的传感器节点造成干扰，因此n个传感器节点需要m/2+1个信道。

具体的，当n≥2m+1时，如图7所示，n=12，m=3，

由于网络中有很多传感器节点，因而信道可以被复用，因此n个传感器节点需要m+1个信道。

同时，本发明还提供一种基于服务质量保证的多跳数据传输系统包括：多个传感器节点和控制中心节点，所述传感器节点在分配的信道上将正常数据和紧急数据传输至控制中心节点，其中，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在在自己的信道上进行传输。

其中，所述正常数据包括：由上一个传感器节点发送的正常数据和由当前传感器节点产生的需要发送至下一传感器节点的正常数据。也就是说在当前传感器节点可以单单仅转发上一个传感器节点发送的正常数据，也可以在转发上一个传感器节点发送的正常数据的同时也发送自己的正常数据。

具体的，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在在自己的信道上进行传输，也就是说，在同一时隙上，传感器节点区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]上的正常数据和紧急数据均在在自己的信道上进行，其中，n表示传感器节点的数量，n为正整数，i表示第i个传感器节点，i为小于等于n的正整数m表示发送紧急数据的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。。

特别的，对于在传输过程中需要的信道数量和跳数m的关系包括：

其中，|f|表示信道数量，|f|为正整数，n表示传感器节点的数量，n为正整数，m表示发送紧急数据时的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

【实施例1】

如图8所示，设n=6，m=3，即网络由6个传感器节点组成，其最大跳数为3。在时隙2k上，编号#2,#4和#6的传感器节点发送数据，编号#1,#3和#5的传感器节点接受数据；在时隙2k+1上，则编号#1,#3和#5的传感器节点发送数据，编号#2,#4和#6的传感器节点接受数据。

在时隙1上，编号#1,#3和#5的传感器节点将数据发送给编号#2,#4和#6的传感器节点处。由于m＜n≤2m，所以6个传感器节点需要3个信道。

在时隙2上，编号#2,#4和#6的传感器节点将数据发送给编号#1,#3和#5的传感器节点。

在时隙3到时隙2k-1上，两组传感器节点依次通过单跳方式传输数据。

在时隙2k上，#6的传感器节点发现紧急情况，需要将紧急数据迅速发送至控制中心节点，此时，#6的传感器节点可以选择#5的传感器节点作为下一跳的传感器节点，也可以选择#3的传感器节点作为下一跳的传感器节点。由于#4的传感器节和#6的传感器节点使用不同的信道发送数据，因此两个传感器节点不会发生干扰，而#3的传感器节点则作为接收#4的传感器节发送的正常数据和#6的传感器节点发送的紧急数据的传感器节点。此时，#2的传感器节点和#4的传感器节按正常传输时进行传输。

在时隙2k+1上，#3的传感器节点直接将紧急数据发送至控制中心节点，而#1的传感器节点和#5的传感器节按正常传输时进行传输。由于#1的传感器节点和#5的传感器节并不和#3的传感器节点复用同一个信道，因此他们之间不会相互干扰。

当紧急数据发送至控制中心节点后，若不再有紧急数据需要传输，则继续按照正常传输时进行传输。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于服务质量保证的多跳数据传输系统，其特征在于，包括：

多个传感器节点和控制中心节点，所述传感器节点在分配的信道上将正常数据和紧急数据传输至控制中心节点，其中，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输；包括：在同一时隙上，传感器节点区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]上的正常数据和紧急数据均在自己的信道上进行传输，其中，n表示传感器节点的数量，n为正整数，i表示第i个传感器节点，i为小于等于n的正整数，m表示发送紧急数据的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

2.根据权利要求1所述的基于服务质量保证的多跳数据传输系统，其特征在于，所述正常数据包括：由上一个传感器节点发送的正常数据和由当前传感器节点产生的需要发送至下一传感器节点的正常数据。

3.根据权利要求1所述的基于服务质量保证的多跳数据传输系统，其特征在于，传输正常数据和紧急数据的信道数量和跳数m的关系包括：

其中，|f|表示信道数量，|f|为正整数，n表示传感器节点的数量，n为正整数，m表示发送紧急数据时的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

4.一种基于服务质量保证的多跳数据传输方法，其特征在于，包括：多个传感器节点和控制中心节点；

当正常传输时，在2k-1个时隙中，第2n个传感器节点接收第2n+1个传感器节点发送的正常数据；在2k个时隙中，第2n-1个传感器节点接收第2n个传感器节点发送的正常数据，直至最终传输至控制中心节点，其中，k、n为正整数；

当第i个传感器节点发送紧急数据传输时，第i-m个传感器节点接收第i个传感器节点发送的紧急数据，并将所述紧急数据以m为传感器节点之间的跳数间隔传输至下一传感器节点，直至最终传输至控制中心节点，其余正常数据按所述正常传输时进行传输，其中，i为小于等于n的正整数，m为小于等于n的正奇数，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输。

5.根据权利要求4所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法，其特征在于，所述正常数据包括：由上一个传感器节点发送的正常数据和由当前传感器节点产生的需要发送至下一传感器节点的正常数据。

6.根据权利要求4所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法，其特征在于，在将所述紧急数据以m为传感器节点之间的跳数间隔传输至下一传感器节点，直至最终传输至控制中心节点的步骤中，当传感器节点与控制中心节点之间的跳数间隔不足m时，以实际跳数间隔传输至控制中心节点，m表示最大跳数间隔。

7.根据权利要求4所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法，其特征在于，在同一时隙上，紧急数据和正常数据均在自己的信道上进行传输包括：在同一时隙上，传感器节点区间[max(1,i-m),min(i+m,n)]上的正常数据和紧急数据均在自己的信道上进行传输，其中，n表示传感器节点的数量，n为正整数，i表示第i个传感器节点，i为小于等于n的正整数m表示发送紧急数据的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。

8.根据权利要求4所述的基于服务质量保证的多跳数据传输方法，其特征在于，传输正常数据和紧急数据的信道数量和跳数m的关系包括：

其中，|f|表示信道数量，|f|为正整数，n表示传感器节点的数量，n为正整数，m表示发送紧急数据时的最大跳数间隔，m为小于等于n的正奇数。