CN104702367B - 传感器网络数据传输方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种传感器网络数据传输方法，包括如下步骤：a.储存感知数据、处理数据；b.对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理；c.根据权重处理的结果，决定数据通过本节点的顺序，并传输所述数据。本发明还涉及一种传感器网络数据传输系统。本发明能够优化传感器节点的性能，进而使整个网络的性能达到最优。

Description

传感器网络数据传输方法及系统
技术领域
本发明涉及一种传感器网络数据传输方法及系统。
背景技术
无线传感器网络是由大量具备感知、传输数据，处理以及无线传输功能的传感器组成。无线传感器节点感知数据并以多跳的方式转发数据给基站。传感器通常都是由电池供电，部署在偏远或者人迹罕至的地方。
根据传感器网络的组成结构，可以将一个完整的无线传感器网络分为三个部分：部署在监测区域的传感器网络、便于用户访问管理的通过公共移动网络等方式连接的服务器以及连接传感器网络和外部网络通信的网关。传感器节点可以完成环境监测、目标发现、位置识别等任务，此外还具有路由、转发、融合、存储其他节点信息等功能。网关负责连接无线传感器网络和外部网络的通信，实现两种网络通信协议之间的转换，发送控制命令到传感器网络内部节点，以及传送节点的信息到服务器。服务器用于接收监测区域的数据，用户可远程访问服务器，从而获得监测区域内监测目标的状态以及节点和设备的工作情况。
从组织结构来看，单个的传感器节点是由四个模块组成的：传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源供给模块。传感器模块负责监测区域内的信息采集，并进行AC/DC转换以供后续模块使用。处理器模块包括处理器和存储器，分别负责处理节点控制和数据存储工作。无线通信模块负责节点之间的相互通信。电源模块负责为传感器节点提供能量。这四大模块协同工作，保证节点的正常运行。
处理器运算处理单元往往频率较低(一般为8MHz)，存储空间也很有限(约为4～10KB)。常用处理器型号有：Atmega128L、MPS430.无线节点采用的通信模块功耗较低，如CC2420、RF230，遵从IEEE802.15.4/ZigBee标准，工作在2.4GHz频段，数据率较低（约250Kbps)，而且通信质量受部署环境影响较大。传感器网络中的部分或全部节点会配备有传感器，用以感知光照、温度、湿度、声音等环境数据。无线传感器网络节点所处环境复杂多变，有大量突发事件需要及时处理，因此在编程开发时需要相应的轻量级系统以适应传感器网络的需要。其中TinyOS为最常用的操作系统。
传统方法中，不同的数据包长度的处理后的数据和传感器数据将通过相同的AP（Access Point）并以先来先服务（FCFS）的方式来处理。但是，FCFS方法的应用会造成网络的反应速度慢以及低效性，且没有考虑数据的重要性，过多的传输冗余且没有价值的数据会加剧整个网络的低效性。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种传感器网络数据传输方法及系统。
本发明提供一种传感器网络数据传输方法，该方法包括如下步骤：a.储存感知数据、处理数据；b.对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理；c.根据权重处理的结果，决定数据通过本节点的顺序，并传输所述数据。
其中，所述的感知数据指直接发给本节点的数据。
所述的处理数据指由别的节点发来的数据。
所述的步骤c包括：如果感知数据或者处理数据其中之一包含重要数据，计算得到该包含重要数据的权重：当所述包含重要数据的是感知数据，则让感知数据优先通过本节点；当所述包含重要数据的是处理数据，则查询该处理数据是否已经失效，如果已经失效，则让感知数据优先通过本节点，如果没有失效，则让处理数据优先通过本节点；如果感知数据和处理数据都包含重要数据，并在时间范围[0，T]到达本节点：若|Tc-Ta|>T，则先处理首先到达的数据；若|Tc-Ta|<T，则先处理包含权重值大的数据w1，其中，Tc代表权重为w1的数据的传输时间,Ta代表权重为w2的数据的传输时间，且w1>w2。
所述的传输模块为无线收发天线。
本发明提供一种传感器网络数据传输系统，包括相互电性连接的感知模块、存储模块、权重模块及传输模块，其中：所述感知模块用于获取外界的感知数据；所述存储模块用于存储获取的感知数据，及存储别的节点传送过来的处理数据；所述权重模块用于对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理；所述传输模块用于根据权重处理的结果，决定数据通过本节点的顺序，并传输所述数据。
其中，所述的感知数据指直接发给本节点的数据。
所述的处理数据指由别的节点发来的数据。
所述的权重模块具体用于：如果感知数据或者处理数据其中之一包含重要数据，计算得到该包含重要数据的权重：当所述包含重要数据的是感知数据，则让感知数据优先通过本节点；当所述包含重要数据的是处理数据，则查询该处理数据是否已经失效，如果已经失效，则让感知数据优先通过本节点，如果没有失效，则让处理数据优先通过本节点；如果感知数据和处理数据都包含重要数据，并在时间范围[0，T]到达本节点：若|Tc-Ta|>T，则先处理首先到达的数据；若|Tc-Ta|<T，则先处理包含权重值大的数据w1，其中，Tc代表权重为w1的数据的传输时间,Ta代表权重为w2的数据的传输时间，且w1>w2。
所述的传输模块为无线收发天线。
本发明所提供的传感器网络数据传输方法及系统，能够优化传感器节点的性能，使网络每个链接的性能达到最优，进而使整个网络的性能达到最优。
附图说明
图1为本发明传感器网络数据传输方法的流程图；
图2为本发明传感器网络数据传输系统的运行环境示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本实施例针对一个传感器节点进行描述。
参阅图1所示，是本发明传感器网络数据传输方法较佳实施例的作业流程图。
步骤S401，将感知数据、处理数据储存到存储模块。
其中，所述感知数据指直接发给本节点的数据；所述处理数据指由别的节点发来的数据。具体而言：感知模块获取外界的感知数据，并将所述感知数据存储在存储模块中。前跳邻居节点A传送过来的处理数据也存储在存储模块中。
步骤S402，对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理。具体而言：
为了提高整个网络的性能，本实施例设定一个时间阈值T，该阈值T依赖于当前网络的最低网络延迟。分为两种不同的情况：
1）感知数据和处理数据在时间范围[0，T]内到达本节点（即AP），其中一个包含重要数据，则计算得到该包含重要数据的权重为：
其中，N表示当前节点的任务信息（比如收集当前的温度信息），n表示当前收集到的任务相关信息。假设所述包含重要数据的是感知数据，则让感知数据优先通过本AP。假设所述包含重要数据的是处理数据，则在数据库里查询当前该信息是否已经失效，即查询当前该信息是否仍然是基站所要收集的信息。因为信息在传输的过程中可能会遭遇各种信息碰撞造成延时。如果已经失效，则让感知数据优先通过本AP；如果没有失效，则让处理数据优先通过本AP，而后再让感知数据通过本AP。
2）感知数据和处理数据都包含重要数据，并在时间范围[0，T]到达AP。
如果|Tc-Ta|>T，则先处理首先到达的数据。如果|Tc-Ta|<T，先处理包含权重值大的数据（w1）。其中，Tc代表权重为w1的数据,Ta代表权重为w2的数据，且w1>w2。计算该节点的性能的公式如下：
Pi=Pi1+Pi2=Wi1-Di1+Wi2-Di2
其中，Wi1和Di1分别代表第i个节点感知数据的权重和延时，Pi越大，表示该节点性能越优越。
步骤S403，根据权重处理的结果决定数据通过本节点的顺序，即决定哪种数据优先通过本AP（Access Point），并将所述数据通过传输模块传输。在本实施例中，所述传输模块为无线收发天线。
参阅图2所示，是本发明传感器网络数据传输系统的运行环境示意图。
本实施例的运行环境包括：前跳邻居节点A、节点B、后跳邻居节点C。其中，所述前跳邻居节点A、节点B及后跳邻居节点C均为网络上的传感器节点。所述节点B包括相互电性连接的感知模块、存储模块、权重模块及传输模块。
所述感知模块用于获取外界的感知数据。其中，所述感知数据指直接发给本节点的数据。
所述存储模块用于存储获取的感知数据，及存储前跳邻居节点A传送过来的处理数据。其中，所述处理数据指由别的节点发来的数据。
所述权重模块用于对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理。所述权重模块包含数据库，该数据库主要记录当前节点以及整个网络的感知数据。处理感知数据时，将该感知数据与任务信息进行对比，得到完整性比率；处理处理数据时，查询当前处理数据所包含的信息是否有效，如果有效，则计算该处理数据的权重。具体而言：
为了提高整个网络的性能，本实施例设定一个时间阈值T，该阈值T依赖于当前网络的最低网络延迟，分为两种不同的情况：
1）感知数据和处理数据在时间范围[0，T]内到达本节点（即AP），其中一个包含重要数据，则计算得到该包含重要数据的权重为：
其中，N表示当前节点的任务信息（比如收集当前的温度信息），n表示当前收集到的任务相关信息。假设所述包含重要数据的是感知数据，则让感知数据优先通过本AP。假设所述包含重要数据的是处理数据，则在数据库里查询当前该信息是否已经失效，即查询当前该信息是否仍然是基站所要收集的信息。因为信息在传输的过程中可能会遭遇各种信息碰撞造成延时。如果已经失效，则让感知数据优先通过本AP；如果没有失效，则让处理数据优先通过本AP，而后再让感知数据通过本AP。
2）感知数据和处理数据都包含重要数据，并在时间范围[0，T]到达AP。
如果|Tc-Ta|>T，则先处理首先到达的数据。如果|Tc-Ta|<T，先处理包含权重值大的数据（w1）。其中，Tc代表权重为w1的数据,Ta代表权重为w2的数据，且w1>w2。计算该节点的性能的公式如下：
Pi=Pi1+Pi2=Wi1-Di1+Wi2-Di2
其中，Wi1和Di1分别代表第i个节点感知数据的权重和延时，Pi越大，表示该节点性能越优越。
所述传输模块用于根据权重处理的结果决定数据通过本节点的顺序，即决定哪种数据优先通过本AP（Access Point），并将所述数据通过传输模块传输到后跳节点C。在本实施例中，所述传输模块为无线收发天线。
本发明以权重来衡量感知数据重要性，根据传感器网络感知数据并以多跳的方式转发数据给基站的独特特点，提出了以收集到的信息与所分配的任务信息的完整率来定义数据的完整性。优先考虑重要数据通过节点数据接入点(AP)的传输机制，并且以重要数据传递给基站的速度来判断传感器网络的性能
虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来说明本发明，并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、改进等，均应包含在本发明的权利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种传感器网络数据传输方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
a.储存感知数据、处理数据，所述的处理数据指由别的节点发来的数据；
b.对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理；
c.根据权重处理的结果，决定数据通过本节点的顺序，并传输所述数据；
其中，所述的步骤b-c包括：
如果感知数据或者处理数据其中之一包含重要数据，计算得到该包含重要数据的数据权重：当所述包含重要数据的是感知数据，则让感知数据优先通过本节点；当所述包含重要数据的是处理数据，则查询该处理数据是否已经失效，如果已经失效，则让感知数据优先通过本节点，如果没有失效，则让处理数据优先通过本节点；
如果感知数据和处理数据都包含重要数据，并在时间范围[0，T]到达本节点：若|Tc-Ta|>T，则先处理首先到达的数据；若|Tc-Ta|<T，则先处理包含权重值大的数据w1，其中，Tc代表权重为w1的数据的传输时间,Ta代表权重为w2的数据的传输时间，且w1>w2。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的感知数据指从外界获取的数据。
3.一种传感器网络数据传输节点，其特征在于，该节点包括相互电性连接的感知模块、存储模块、权重模块及传输模块，其中：
所述感知模块用于获取外界的感知数据；
所述存储模块用于存储获取的感知数据，及存储别的节点传送过来的处理数据；
所述权重模块用于对所述感知数据、所述处理数据进行权重处理；
所述传输模块用于根据权重处理的结果，决定数据通过本节点的顺序，并传输所述数据；
其中，所述的权重模块、传输模块具体用于：
如果感知数据或者处理数据其中之一包含重要数据，计算得到该包含重要数据的数据权重：当所述包含重要数据的是感知数据，则让感知数据优先通过本节点；当所述包含重要数据的是处理数据，则查询该处理数据是否已经失效，如果已经失效，则让感知数据优先通过本节点，如果没有失效，则让处理数据优先通过本节点；
如果感知数据和处理数据都包含重要数据，并在时间范围[0，T]到达本节点：若|Tc-Ta|>T，则先处理首先到达的数据；若|Tc-Ta|<T，则先处理包含权重值大的数据w1，其中，Tc代表权重为w1的数据的传输时间,Ta代表权重为w2的数据的传输时间，且w1>w2。
4.如权利要求3所述的传感器网络数据传输节点，其特征在于，所述的感知数据指从外界获取的数据。
5.如权利要求3所述的传感器网络数据传输节点，其特征在于，所述的传输模块为无线收发天线。
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