CN104243353A - 网络传输的能量预留方法和系统及网络传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络传输的能量预留方法和系统及网络传输方法和系统，其中，所述能量预留方法包括步骤，获取源节点发出的能量预留请求；根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。能够避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

Description

网络传输的能量预留方法和系统及网络传输方法和系统

【技术领域】

本发明涉及无线传感器传输技术，特别是涉及无线传感器中网络传输的能量预留方法和系统及网络传输方法和系统。

【背景技术】

随着无线传感器网络的发展，无线传感器网络已经应用在多个领域中，例如，智能电网等呈带状分布的场景和森林监控等呈网状分布的场景。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，一项业务从源节点传输到目的节点要经过多个无线传感器节点。由于在无线传感器网络中，大多数的节点都是使用电池或者充电装置供电，并无法使用稳定的市电供应能量。因此，在无线传感器网络中，最大限度地节省能量并延长网络生存时间是无线传感器网络的一般设计原则。

为此，依据此原则，传统的路由以可用剩余能量和发射功率作为选路依据，包含节点分簇传输、节点采用睡眠和激活交替的工作方式和节点发射功率动态变化等方法，并通过带宽资源的预留等方式保证传输质量。虽然传统的方法能够在一定程度上选择优化路径，还可以均衡网络能量分布，延长网络的运行时间，但如果中途某一节点能量不足，此时该节点有业务需要传输，而该业务会因为能量不足而被丢弃，一方面造成该业务传输失败，另一方面对于其他已经转发该业务的节点来说，造成网络能量浪费，减小了无线传感器网络生存的时间，使得网络能量利用效率低。

【发明内容】

基于此，有必要针对能量浪费导致网络生存时间减小以及网络能量利用效率低的问题，提供一种网络传输的能量预留方法和系统及网络传输方法和系统，通过能量预留能够延长网络生存时间并提高网络能量利用效率。

一种网络传输的能量预留方法，包括步骤：

获取源节点发出的能量预留请求，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量；

根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。

相应地，本发明还提供一种网络传输的能量预留系统，包括：

获取模块，用于获取源节点发出的能量预留请求，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量；

能量计算模块，用于根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

能量预留模块，用于如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

能量释放模块，用于如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。

本发明首先通过获取源节点发出的能量预留请求，然后计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量，最后，如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，所以当待传输业务转发到当前节点时，不会出现因为能量不足而丢弃的情况，最大程度地保证了待传输能够传输至目的节点，如果没有收到目的节点的应答报文则释放当前节点所预留的能量，该部分能量能够继续为其它业务服务，避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

一种网络传输方法，包括步骤：

源节点通过预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，其中，所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，所述传输路径包括至少一个中间节点；

中间节点获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

如果中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则中间节点把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，中间节点在可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则中间节点释放所预留的能量；

目的节点接收到所述能量预留请求后，通过所述传输路径向源节点返回能量预留成功的应答报文；

源节点接收所述应答报文，并根据所述应答报文发送所述待传输业务。

相应地，本发明还提供一种网络传输系统，包括：源节点、中间节点以及目的节点；

源节点，用于按照预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，并接收由目的节点返回的应答报文，并根据该应答报文发送所述待传输业务，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，所述传输路径经过至少一个中间节点；

中间节点，用于获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量，并在中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，其中在所述临时预留周期内，在中间节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则中间节点释放所预留的能量；

目的节点，用于接收到所述能量预留请求后，向源节点返回能量预留成功的应答报文。

本发明源节点在待传输业务发送前按照预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，目的节点接收到能量请求报文后向源节点返回应答报文，然后源节点再根据该应答报文发送所述送待传输业务；对于传输路径上的中间节点，则是根据该能量预留请求计算完成转发该待传输业务所需的预留能量，如果中间节点的可用剩余能量大于该预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点直到目的节点为止并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期且未收到目的节点的应答报文和源节点发送的待传输文件，则释放当前节点所预留的能量。对于中间节点，可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，所以当待传输业务转发到当前节点时，不会出现因为能量不足而丢弃的情况，最大程度地保证了待传输能够传输至目的节点，如果没有收到目的节点的应答报文则释放当前节点所预留的能量，该部分能量能够继续为其它业务服务，避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

【附图说明】

图1为本发明一种网络传输的能量预留方法一种实施例的流程图；

图2为本发明一种网络传输方法一种实施例的流程图；

图3为本发明一种网络传输方法一种实施例的节点示意图；

图4为本发明一种网络传输的能量预留系统一种实施例的结构框图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

请参阅图1，其是本发明一种网络传输的能量预留方法一种实施例的流程图。一种网络传输的能量预留方法，包括步骤：

S101：获取源节点发出的能量预留请求，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量；

无线传感器网络中，源节点通过中间节点逐跳传输的方式向目标节点发送采集的待传输业务。源节点在发送待传输业务之前，发出能量预留请求，该能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，业务类别可以包括普通业务以及紧急业务，普通业务可以包括视频数据、图片数据以及文本数据等，紧急业务可以包括预警数据等。还可以对所述业务类别设定优先级，其中，紧急业务具有较高传输优先级，普通业务具有较低传输优先级，在普通业务中，视频数据传输优先级最高，图片数据传输优先级次之，文本数据传输优先级最低。

S102：根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

获取所述能量预留请求后，识别所述能量预留请求中的业务类别和业务量，并根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量。

统计当前节点在时间T内的传输业务量V1以及功率损耗Q，然后通过以下公式计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量E。

$E=\left(\frac{Q}{V1}\right)*V*C,$

其中，T为统计时间，V1为统计时间内的传输业务量，Q为统计时间内当前节点的功率损耗，V为待传输业务的业务量，C为业务类别因子。

S103：如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量时，则说明当前节点具有足够的能量完成待传输业务的转发，此时，把所述能量预留请求发送至下一跳节点。然后在当前节点设置一个临时预留周期，在该临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，以保证当前节点有足够的能量转发待传输业务。

S104：如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则说明所述能量预留请求可能被其他节点丢弃，即所述待传输业务无法传输到目的节点，此时，释放当前节点所预留的能量，使得这部分能量能够为其他业务服务。

本发明首先通过获取源节点发出的能量预留请求，然后计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量，最后，如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，所以当待传输业务转发到当前节点时，不会出现因为能量不足而丢弃的情况，最大程度地保证了待传输能够传输至目的节点，如果没有收到目的节点的应答报文则释放当前节点所预留的能量，该部分能量能够继续为其它业务服务，避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

在一个实施例中，上述步骤S103之后，进一步地，还可以包括步骤：

S201：如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，则将所述待传输业务发送至下一跳节点。

如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文，则说明所述待传输业务能够经过当前节点被传输到目的节点，所以在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，将所述待传输业务发送至下一跳节点。如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后但并未收到所述源节点发送的待传输业务，则释放当前节点所预留的能量，使得该部分能量能够为其他业务所服务。

所述待传输业务必须在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务情况下才能转发，由于收到所述应答报文，则说明所述待传输业务能够传输到目的节点，而不会被其他节点丢弃，保证了待传输业务能够传输至目的节点，同时也避免了由于其他节点丢弃待传输业务而当前节点又转发给待传输业务情况下所导致当前节点的能量浪费，保证了无线传感器系统的能量利用效率。

在一个实施例中，上述步骤S102之后，进一步地，还可以包括步骤：

S301：如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟所述充电时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期。

如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则说明当前节点的可用剩余能量不足以支持转发所述待传输业务。如果当前节点不具有充电装置，则丢弃所述能量预留请求，并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文。

如果当前节点具有充电装置，此时需要根据其充电效率和充电时间判断是否丢弃该能量预留报文。具体地，根据当前节点的充电效率计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则说明当前节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，稍微充电便可具有足够的能量转发待传输业务，此时延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期。

在当前节点具有充电装置的情况下，如果当前节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，那么所需要的充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，此时，延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期，减少了待传输业务的传输限制，并在源节点拥塞的情况下，能够减轻源节点拥塞。

在一个实施例中，上述步骤S103中，在所述把所述能量预留请求发送至下一跳节点直至目的节点的步骤，可以具体包括一下子步骤：

S401：计算当前节点转发所述待传输业务时的业务负载；

从数据链路层查询当前节点的BBT(Bandwidth Busy Time，带宽忙时间)以及QL(Queue Length，队列长度)，并通过BBT和QL计算所述业务负载。

S402：若所述业务负载小于预设的第一负载阈值，则立即转发所述能量预留请求下一跳节点；

若所述业务负载小于预设的第一负载阈值，说明当前节点负载正常，没有节点拥塞的情况，此时，立即转发所述能量预留请求下一跳节点

S403：若所述业务负载大于所述第一负载阈值，则延迟预设等待时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点。

若所述业务负载大于所述第一负载阈值，说明当前节点负载偏重，可能出现节点拥塞的情况，此时，先延迟预设等待时间，待超过预设等待时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点。

把所述能量预留请求发送至下一跳节点节点的过程当中，依据当前节点的业务负载，选择立即或者延时预设等待时间发送预留请求至下一跳节点，能够避免由于当前节点出现负载过重导致拥塞，进而避免当前节点由于拥塞造成的系统问题，保证无线传感器网络的系统运行安全和生存时间。

在一个实施例中，上述步骤S102之后，进一步地，还可以包括步骤：

S501：如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量且所述待传输业务具有较高传输优先级，则暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的能量以使可用剩余能量大于或等于所述预留能量。

在当前节点可用剩余能量小于所述预留能量的情况下，如果待传输业务的业务类型为紧急业务，由于紧急业务主要包括预警数据具有较高传输优先级，此时，暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的能量，使得可用剩余能量能够大于或者等于所述预留能量，以使得可用剩余能量能够支持该待传输业务的转发。如果在预设的时间内未收到目的节点的应答报文，说明此时较高传输优先级的能量预留不成功，则重新启动转发较低传输优先级的传输业务。

具有较高传输优先级的待传输业务一般为预警数据，由于无线传感器网络多用于森林监控、物联网等领域，预警数据需要及时得到处理，暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的能量以使可用剩余能量大于或等于所述预留能量，使得具有较高传输优先级的待传输业务能够优先得到能量预留，优先保证传输至目的节点。在预设的时间内未收到目的节点的应答报文时，重新启动转发较低传输优先级的传输业务，使已经传输部分的较低传输优先级的传输业务能够继续传输，避免已传输部分的能量浪费。

请参阅图2，其是本发明一种网络传输方法一种实施例的流程图。

一种网络传输方法，包括步骤：

S601：源节点通过预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，其中，所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，所述传输路径包括至少一个中间节点；

源节点在发送待传输业务之前，发出能量预留请求，该能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，业务类别可以包括普通业务以及紧急业务，普通业务可以包括视频数据、图片数据以及文本数据等，紧急业务可以包括预警数据等。还可以对所述业务类别设定优先级，其中，紧急业务具有较高传输优先级，普通业务具有较低传输优先级，在普通业务中，视频数据传输优先级最高，图片数据传输优先级次之，文本数据传输优先级最低。

所述传输路径如图3所示，其中，301为源节点，302为中间节点，303为目的节点，传输路径为虚线箭头所示路径，源节点到目的节点的传输路径包括至少一个中间节点。

S602：中间节点获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

获取所述能量预留请求后，识别所述能量预留请求中的业务类别和业务量，并根据所述业务类别和业务量计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量。

统计中间节点在时间T内的传输业务量V1以及功率损耗Q，然后通过以下公式计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量E。

$E=\left(\frac{Q}{V1}\right)*V*C,$

其中，T为统计时间，V1为统计时间内的传输业务量，Q为统计时间内当前节点的功率损耗，V为待传输业务的业务量，C为业务类别因子。

S603：如果中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则中间节点把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，中间节点在可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量时，则说明中间节点具有足够的能量完成待传输业务的转发，此时，把所述能量预留请求发送至下一跳节点。然后在当前节点设置一个临时预留周期，在该临时预留周期内，中间节点在可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，以保证中间节点有足够的能量转发待传输业务。

S604：如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则中间节点释放所预留的能量；

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则说明所述能量预留请求可能被丢弃，即所述待传输业务无法传输到目的节点，此时，中间节点释放所预留的能量，使得这部分能量能够为其他业务服务。

S605：目的节点接收到所述能量预留请求后，通过所述传输路径向源节点返回能量预留成功的应答报文；

目的节点接收所述能量预留报文，识别所述能量预留请求中待传输业务的业务类别和业务量，划定内存区域供所述待传输业务存储，并通过再通过所述传输路径向源节点返回能量预留成功的应答报文，以指示源节点向目的节点发送待传输业务。

S606：源节点接收所述应答报文，并根据所述应答报文发送所述待传输业务。

源节点接收所述应答报文，解析所述应答报文，然后根据所述应答报文按照所述传输路径向目的节点发送待传输业务。对于中间节点，如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文，则说明所述待传输业务能够经过当前节点被传输到目的节点，所以在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，将所述待传输业务发送至下一跳节点。如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后但并未收到所述源节点发送的待传输业务，则释放当前节点所预留的能量，使得该部分能量能够为其他业务所服务。

本发明源节点在待传输业务发送前按照预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，目的节点接收到能量请求报文后向源节点返回应答报文，然后源节点再根据该应答报文发送所述送待传输业务；对于传输路径上的中间节点，则是根据该能量预留请求计算完成转发该待传输业务所需的预留能量，如果中间节点的可用剩余能量大于该预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点直到目的节点为止并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期且未收到目的节点的应答报文和源节点发送的待传输文件，则释放当前节点所预留的能量。对于中间节点，可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，所以当待传输业务转发到当前节点时，不会出现因为能量不足而丢弃的情况，最大程度地保证了待传输能够传输至目的节点，如果没有收到目的节点的应答报文则释放当前节点所预留的能量，该部分能量能够继续为其它业务服务，避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

在一个实施例中，上述步骤S602之后，进一步地，还可以包括步骤：

S701：如果中间节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟所述充电时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期；

如果中间节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则说明中间节点的可用剩余能量不足以支持转发所述待传输业务。如果中间节点不具有充电装置，则丢弃所述能量预留请求，并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文。

如果中间节点具有充电装置，此时需要根据其充电效率和充电时间判断是否丢弃该能量预留报文。具体地，根据中间节点的充电效率计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则说明中间节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，稍微充电便可具有足够的能量转发待传输业务，此时延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期。

S702：源节点收到所述拒绝报文后，则不发送所述待传输业务。

源节点接收所述拒绝报文，解析所述拒绝报文，并根据该拒绝报文不发送。

在中间节点的小于所述预留能量的情况下，如果中间节点不具备充电装置，则丢弃所述能量预留请求，并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，源节点接收到所述拒绝报文后不发送所述待传输业务，所以，源节点不会向目的节点发送中间节点没有足够能量转发的待传输业务，避免了部分中间转发该待传输业务时发送的能量浪费，提高了能量利用效率。在中间节点具有充电装置的情况下，如果中间节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，那么所需要的充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，此时，延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期，减少了待传输业务的传输限制，并在源节点拥塞的情况下，能够减轻源节点拥塞。

请参阅图4，其是本发明一种网络传输的能量预留系统一种实施例的结构框图。一种种网络传输的能量预留系统，包括：

获取模块401，用于获取源节点发出的能量预留请求，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量；

无线传感器网络中，源节点通过中间节点逐跳传输的方式向目标节点发送采集的待传输业务。获取模块401获取源节点发出的能量预留请求，以便解析识别待传输业务的业务类别以及业务量。源节点在发送待传输业务之前，发出能量预留请求，该能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，业务类别可以包括普通业务以及紧急业务，普通业务可以包括视频数据、图片数据以及文本数据等，紧急业务可以包括预警数据等。还可以对所述业务类别设定优先级，其中，紧急业务具有较高传输优先级，普通业务具有较低传输优先级，在普通业务中，视频数据传输优先级最高，图片数据传输优先级次之，文本数据传输优先级最低。

能量计算模块402，用于根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

获取模块401获取所述能量预留请求后，能量计算模块402识别所述能量预留请求中的业务类别和业务量，并根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量。

能量计算模块402首先统计当前节点在时间T内的传输业务量V1以及功率损耗Q，然后能量计算模块402通过以下公式计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量E。

$E=\left(\frac{Q}{V1}\right)*V*C,$

其中，T为统计时间，V1为统计时间内的传输业务量，Q为统计时间内当前节点的功率损耗，V为待传输业务的业务量，C为业务类别因子。

能量预留模块403，用于如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量时，则说明当前节点具有足够的能量完成待传输业务的转发，此时，能量预留模块403把所述能量预留请求发送至下一跳节点。然后能量预留模块403在当前节点设置一个临时预留周期，在该临时预留周期内，能量预留模块403在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，以保证当前节点有足够的能量转发待传输业务。

能量释放模块404，用于如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则说明所述能量预留请求可能被其他节点丢弃，即所述待传输业务无法传输到目的节点，此时，能量释放模块404释放当前节点所预留的能量，使得这部分能量能够为其他业务服务。

本发明首先通过获取模块401获取源节点发出的能量预留请求，然后通过能量计算模块402计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量，最后，如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则能量预留模块403把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则能量释放模块404释放当前节点所预留的能量。在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，所以当待传输业务转发到当前节点时，不会出现因为能量不足而丢弃的情况，最大程度地保证了待传输能够传输至目的节点，如果没有收到目的节点的应答报文则释放当前节点所预留的能量，该部分能量能够继续为其它业务服务，避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

在一个实施例中，还可以包括以下模块：

业务转发模块，用于如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，则将所述待传输业务发送至下一跳节点。

如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文，则说明所述待传输业务能够经过当前节点被传输到目的节点，所以在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，业务转发模块将所述待传输业务发送至下一跳节点。如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后但并未收到所述源节点发送的待传输业务，则释放当前节点所预留的能量，使得该部分能量能够为其他业务所服务。

所述待传输业务必须在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务情况下才能通过业务转发模块转发，由于收到所述应答报文，则说明所述待传输业务能够传输到目的节点，而不会被其他节点丢弃，保证了待传输业务能够传输至目的节点，同时也避免了由于其他节点丢弃待传输业务而当前节点又转发给待传输业务情况下所导致当前节点的能量浪费，保证了无线传感器系统的能量利用效率。

在一个实施例中，还可以包括以下模块：

丢弃延迟模块，用于如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟预设等待时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置临时预留周期。

如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则说明当前节点的可用剩余能量不足以支持转发所述待传输业务。如果当前节点不具有充电装置，则丢弃延迟模块丢弃所述能量预留请求，并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文。

如果当前节点具有充电装置，此时丢弃延迟模块需要根据其充电效率和充电时间判断是否丢弃该能量预留报文。具体地，丢弃延迟模块根据当前节点的充电效率计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则说明当前节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，稍微充电便可具有足够的能量转发待传输业务，此时丢弃延迟模块延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期。

在当前节点具有充电装置的情况下，如果当前节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，那么所需要的充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，此时，丢弃延迟模块延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期，减少了待传输业务的传输限制，并在源节点拥塞的情况下，能够减轻源节点拥塞。

在一个实施例中，所述能量预留模块403，还可以包括以下模块：

负载计算模块，用于计算当前节点转发所述待传输业务时的业务负载；

负载计算模块从数据链路层查询当前节点的BBT(Bandwidth Busy Time，带宽忙时间)以及QL(Queue Length，队列长度)，并通过BBT和QL计算所述业务负载。

转发模块，用于若所述业务负载小于预设的第一负载阈值，则立即转发所述能量预留请求下一跳节点；

若所述业务负载小于预设的第一负载阈值，说明当前节点负载正常，没有节点拥塞的情况，此时，通过转发模块立即转发所述能量预留请求下一跳节点

延迟发送模块，用于若所述业务负载大于所述第一负载阈值且小于预设的第二负载阈值，则延迟预设等待时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点。

若所述业务负载大于所述第一负载阈值，说明当前节点负载偏重，可能出现节点拥塞的情况，此时，延迟发送模块先延迟预设等待时间，待超过预设等待时间后延迟发送模块再把所述能量预留请求发送至下一跳节点。

把所述能量预留请求发送至下一跳节点节点的过程当中，依据当前节点的业务负载，选择立即或者延时预设等待时间发送预留请求至下一跳节点，能够避免由于当前节点出现负载过重导致拥塞，进而避免当前节点由于拥塞造成的系统问题，保证无线传感器网络的系统运行安全和生存时间。

在一个实施例中，还可以包括以下模块：

释放模块，用于如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量且所述待传输业务具有较高传输优先级，则暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的预留能量直到可用剩余能量大于或等于所述预留能量为止。

在当前节点可用剩余能量小于所述预留能量的情况下，如果待传输业务的业务类型为紧急业务，由于紧急业务主要包括预警数据具有较高传输优先级，此时，暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后通过释放模块释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的能量，使得可用剩余能量能够大于或者等于所述预留能量，以使得可用剩余能量能够支持该待传输业务的转发。如果在预设的时间内未收到目的节点的应答报文，说明此时较高传输优先级的能量预留不成功，则重新启动转发较低传输优先级的传输业务。

具有较高传输优先级的待传输业务一般为预警数据，由于无线传感器网络多用于森林监控、物联网等领域，预警数据需要及时得到处理，暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后通过释放模块释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的能量以使可用剩余能量大于或等于所述预留能量，使得具有较高传输优先级的待传输业务能够优先得到能量预留，优先保证传输至目的节点。在预设的时间内未收到目的节点的应答报文时，重新启动转发较低传输优先级的传输业务，使已经传输部分的较低传输优先级的传输业务能够继续传输，避免已传输部分的能量浪费。

一种网络传输系统，包括：源节点、中间节点以及目的节点；

源节点，用于按照预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，并接收由目的节点返回的应答报文，并根据该应答报文发送所述待传输业务，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，所述传输路径经过至少一个中间节点；

源节点在发送待传输业务之前，发出能量预留请求，该能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，业务类别可以包括普通业务以及紧急业务，普通业务可以包括视频数据、图片数据以及文本数据等，紧急业务可以包括预警数据等。还可以对所述业务类别设定优先级，其中，紧急业务具有较高传输优先级，普通业务具有较低传输优先级，在普通业务中，视频数据传输优先级最高，图片数据传输优先级次之，文本数据传输优先级最低。源节点到目的节点的传输路径包括至少一个中间节点。

源节点在接收所述应答报文后，解析所述应答报文，然后根据所述应答报文按照所述传输路径向目的节点发送待传输业务。

中间节点，用于获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量，并在中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，其中在所述临时预留周期内，在中间节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则中间节点释放所预留的能量；

中间节点获取所述能量预留请求后，识别所述能量预留请求中的业务类别和业务量，并根据所述业务类别和业务量计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量。

统计中间节点在时间T内的传输业务量V1以及功率损耗Q，然后通过以下公式计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量E。

$E=\left(\frac{P}{V1}\right)*V*C,$

其中，T为统计时间，V1为统计时间内的传输业务量，Q为统计时间内当前节点的功率损耗，V为待传输业务的业务量，C为业务类别因子。

中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量时，则说明中间节点具有足够的能量完成待传输业务的转发，此时，把所述能量预留请求发送至下一跳节点。然后在当前节点设置一个临时预留周期，在该临时预留周期内，中间节点在可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，以保证中间节点有足够的能量转发待传输业务。

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则说明所述能量预留请求可能被丢弃，即所述待传输业务无法传输到目的节点，此时，中间节点释放所预留的能量，使得这部分能量能够为其他业务服务。

如果中间节点在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文，则说明所述待传输业务能够经过当前节点被传输到目的节点，所以中间节点在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，将所述待传输业务发送至下一跳节点。如果中间节点在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后但并未收到所述源节点发送的待传输业务，则释放当前节点所预留的能量，使得该部分能量能够为其他业务所服务。

目的节点，用于接收到所述能量预留请求后，向源节点返回能量预留成功的应答报文。

目的节点接收所述能量预留报文，识别所述能量预留请求中待传输业务的业务类别和业务量，划定内存区域供所述待传输业务存储，并通过再通过所述传输路径向源节点返回能量预留成功的应答报文，以指示源节点向目的节点发送待传输业务。

本发明源节点在待传输业务发送前按照预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，目的节点接收到能量请求报文后向源节点返回应答报文，然后源节点再根据该应答报文发送所述送待传输业务；对于传输路径上的中间节点，则是根据该能量预留请求计算完成转发该待传输业务所需的预留能量，如果中间节点的可用剩余能量大于该预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点直到目的节点为止并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期且未收到目的节点的应答报文和源节点发送的待传输文件，则释放当前节点所预留的能量。对于中间节点，可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，所以当待传输业务转发到当前节点时，不会出现因为能量不足而丢弃的情况，最大程度地保证了待传输能够传输至目的节点，如果没有收到目的节点的应答报文则释放当前节点所预留的能量，该部分能量能够继续为其它业务服务，避免了当前节点转发该待传输业务而待传输业务被其它节点丢弃时造成能量浪费的问题，提高了能量的利用效率，同时延长网络生存时间。

在一个实施例中，所述中间节点，进一步还用于如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟所述充电时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置临时预留周期；

如果中间节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则说明中间节点的可用剩余能量不足以支持转发所述待传输业务。如果中间节点不具有充电装置，则丢弃所述能量预留请求，并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文。

如果中间节点具有充电装置，此时需要根据其充电效率和充电时间判断是否丢弃该能量预留报文。具体地，根据中间节点的充电效率计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则说明中间节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，稍微充电便可具有足够的能量转发待传输业务，此时延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期。

所述源节点，进一步还用于收到所述拒绝报文后，根据所述拒绝报文撤销对所述待传输业务的发送。

源节点接收所述拒绝报文，解析所述拒绝报文，并根据该拒绝报文不发送。

在中间节点的小于所述预留能量的情况下，如果中间节点不具备充电装置，则丢弃所述能量预留请求，并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，源节点接收到所述拒绝报文后不发送所述待传输业务，所以，源节点不会向目的节点发送中间节点没有足够能量转发的待传输业务，避免了部分中间转发该待传输业务时发送的能量浪费，提高了能量利用效率。在中间节点具有充电装置的情况下，如果中间节点的可用剩余能量与所述预留能量相差不大，那么所需要的充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，此时，延迟所述充电时间后再把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期，减少了待传输业务的传输限制，并在源节点拥塞的情况下，能够减轻源节点拥塞。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种网络传输的能量预留方法，其特征在于，包括步骤：

获取源节点发出的能量预留请求，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量；

根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。

2.根据权利要求1所述的网络传输的能量预留方法，其特征在于，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量步骤之后，进一步还包括步骤：

如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，则将所述待传输业务发送至下一跳节点。

3.根据权利要求1所述的网络传输的能量预留方法，其特征在于，在所述根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该业务所需的预留能量步骤之后，进一步还包括步骤：

如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟所述充电时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期。

4.根据权利要求1所述的网络传输的能量预留方法，其特征在于，在所述把所述能量预留请求发送至下一跳节点直至目的节点步骤，具体包括步骤：

计算当前节点转发所述待传输业务时的业务负载；

若所述业务负载小于预设的第一负载阈值，则立即转发所述能量预留请求下一跳节点；

若所述业务负载大于所述第一负载阈值，则延迟预设等待时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点。

5.根据权利要求1所述的网络传输的能量预留方法，其特征在于，在所述根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该业务所需的预留能量步骤之后，进一步还包括步骤：

如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量且所述待传输业务具有较高传输优先级，则暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的能量以使可用剩余能量大于或等于所述预留能量。

6.一种网路传输的能量预留方法，其特征在于，包括：

源节点通过预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，其中，所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，所述传输路径包括至少一个中间节点；

中间节点获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算中间节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

如果中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则中间节点把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，中间节点在可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则中间节点释放所预留的能量；

目的节点接收到所述能量预留请求后，通过所述传输路径向源节点返回能量预留成功的应答报文；

源节点接收所述应答报文，并根据所述应答报文发送所述待传输业务。

7.根据权利要求6所述的网路传输方法，其特征在于，在中间节点获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量步骤之后，进一步还包括步骤：

如果中间节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟所述充电时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置所述临时预留周期；

源节点收到所述拒绝报文后，则不发送所述待传输业务。

8.一种网络传输的能量预留系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取源节点发出的能量预留请求，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量；

能量计算模块，用于根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量；

能量预留模块，用于如果当前节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，在所述临时预留周期内，在当前节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量；

能量释放模块，用于如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则释放当前节点所预留的能量。

9.根据权利要求8所述的网络传输的能量预留系统，其特征在于，还包括：

业务转发模块，用于如果在所述临时预留周期内收到目的节点的应答报文后再收到所述源节点发送的待传输业务，则将所述待传输业务发送至下一跳节点。

10.根据权利要求8所述的网络传输的能量预留系统，其特征在于，还包括：

丢弃延迟模块，用于如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟预设等待时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置临时预留周期。

11.根据权利要求8所述的网络传输的能量预留系统，其特征在于，所述能量预留模块包括：

负载计算模块，用于计算当前节点转发所述待传输业务时的业务负载；

转发模块，用于若所述业务负载小于预设的第一负载阈值，则立即转发所述能量预留请求下一跳节点；

延迟发送模块，用于若所述业务负载大于所述第一负载阈值，则延迟预设等待时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点。

12.根据权利要求8所述的网络传输的能量预留系统，其特征在于，还包括：

释放模块，用于如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量且所述待传输业务具有较高传输优先级，则暂停转发较低传输优先级的传输业务，把所述能量预留请求发送至下一跳节点，待收到目的节点的应答报文后释放至少一个已经为较低传输优先级所预留的预留能量直到可用剩余能量大于或等于所述预留能量为止。

13.一种网络传输系统，其特征在于，包括：源节点、中间节点以及目的节点；

源节点，用于按照预设的传输路径向目的节点发送能量预留请求，并接收由目的节点返回的应答报文，并根据该应答报文发送所述待传输业务，其中所述能量预留请求包括待传输业务的业务类别以及业务量，所述传输路径经过至少一个中间节点；

中间节点，用于获取源节点发出的能量预留请求并根据所述业务类别和业务量计算当前节点完成转发该待传输业务所需的预留能量，并在中间节点的可用剩余能量大于或等于所述预留能量，则把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置一个临时预留周期，其中在所述临时预留周期内，在中间节点的可用剩余能量中预留与所述预留能量相等的能量，如果超过所述临时预留周期并且未收到目的节点的应答报文，则中间节点释放所预留的能量；

目的节点，用于接收到所述能量预留请求后，向源节点返回能量预留成功的应答报文。

14.根据权利要求13所述的网路传输系统，其特征在于，所述中间节点，进一步还用于如果当前节点的可用剩余能量小于所述预留能量，则丢弃所述能量预留请求并向源节点返回无法转发该待传输业务的拒绝报文，或者，计算所述可用剩余能量等于所述预留能量所需的充电时间，若所述充电时间小于或等于预设的最大可接受充电时间，则延迟所述充电时间后把所述能量预留请求发送至下一跳节点并设置临时预留周期；

所述源节点，进一步还用于收到所述拒绝报文后，根据所述拒绝报文撤销对所述待传输业务的发送。