CN107426768B - 一种无线自组织网络数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线自组织网络数据传输方法，发送链路和接收链路创建时均设为公共链路，数据传输开始后，发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换，接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换。本发明能够尽可能满足相邻终端之间的业务传输需求，有效提高终端之间建立数据链路的数量，提高传输效率。

Description

一种无线自组织网络数据传输方法
技术领域
本发明涉及无线通信网络技术，特别是涉及一种无线自组织网络数据传输方法。
背景技术
无线自组织网络是一种无需固定基础设施的无线通信网络。终端之间通过无线通信的方式组网，终端能够提供业务数据的存储转发功能，终端之间相互对等。无线自组织网络因其组网灵活、部署快速以及分布式结构等特点，成为无线通信领域的研究热点。
在无线自组织网络中，终端之间通过无线通信的方式建立网络，终端之间的相邻关系以及终端移动导致网络拓扑结构复杂多变。终端通常是一种由电池供电的便携式通信设备，其计算能力、存储能力等通常存在一定的限制。因此如何实现终端之间高效的数据传输一直是无线自组织网络的研究重点。
终端之间为了实现高效可靠的数据传输，需要维护与所有相邻终端之间的链路信息，但是由于无线自组织网络分布式结构特点以及终端计算能力、存储能力等限制，终端通常无法为所有相邻终端维护一套完整的链路信息。因此，需要一种链路信息管理机制来保证数据传输的高效可靠。
无线自组织网络是一种无线通信网络，由于无线传输的固有特性，数据传输过程中出现碰撞、误码等导致数据传输错误的现象比较常见。因此，需要一种数据传输反馈重传机制来保证数据传输的高效可靠。
现有技术中的传统CSMA/CA机制，终端不需要维护与相邻终端之间的链路信息，所有发送给相邻终端的业务数据全部进行统一处理，即终端每产生一个业务报文，终端即开始进行资源协商，协商成功之后立即发送当前业务报文，并且每次只能发送一个业务报文，每个业务报文发送之后都需要一个反馈信息用于终端确定是否需要重传此业务报文。这样存在的问题就是，无线自组织网络终端每产生一个报文就需要进行一次资源协商，协商成功后只发送当前一个报文，这种方法业务传输的控制开销较大，传输效率较低。
现有技术中的改进CSMA/CA机制，终端需要维护与所有相邻终端之间专用的链路信息，发送给不同相邻终端的业务报文放在相应的链路信息中进行处理，每次资源协商成功之后，可以连续发送多个业务报文，多个业务报文传输完成之后进行反馈用于终端确定是否需要重传这些业务报文。由于无线自组织网络终端通常是一种采用电池供电的便携式终端设备，其计算能力、存储能力的十分有限，当相邻终端数量过多时需要维护的链路信息数量太多，终端可能出现能力不足的问题。并且，上述方法虽然可以连续发送多个业务报文，但是每个业务报文分别独立的发送，数据传输通常需要额外的控制开销，传输效率仍有提高的空间。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够提高传输效率的无线自组织网络数据传输方法。
技术方案：本发明所述的无线自组织网络数据传输方法，发送链路和接收链路创建时均设为公共链路，数据传输开始后，发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换，接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换。
进一步，发送链路类型和接收链路类型确定后，发送终端将业务报文封装进容器中并进行传输，接收终端接收到容器后，对每个容器进行校验并形成表示容器传输是否正确的反馈信息，然后将反馈信息发送给发送终端，发送终端根据反馈信息将传输正确的容器所对应的业务报文删除，将传输错误的容器所对应的业务报文作为需要重传的业务报文。
进一步，一次数据传输中，接收终端只形成一个反馈信息。这样能够减少反馈信息的控制开销，提高传输效率。
进一步，如果发送终端在预设时间内未收到反馈信息，则判定所有容器对应的业务报文都需要重传。
进一步，发送链路类型和接收链路类型确定后，发送终端通过以下方法将业务报文封装进容器中：
S51：判断是否存在需要重传的业务报文：如果存在，则进行步骤S52；否则，则进行步骤S53；
S52：判定重传次数是否超过最大传输次数：如果超过，则进行步骤S53；否则，则将需要重传的业务报文封装到容器中；
S53：将本次需要传输的业务报文封装到容器中。
进一步，所述容器的长度受最大长度的限制，最大长度根据式(1)得到：
Lengthcontainer＝Minimum(Lengthcapacity，Lengthdelay，Lengthsize) (1)
式(1)中，Lengthcontainer表示容器的最大长度；Lengthcapacity表示硬件支持的容器的最大长度，如式(2)所示；Lengthdelay表示根据业务时延配置表得到的容器的最大长度，如式(3)所示；Lengthsize表示根据业务总量以及本次传输的最大长度计算得到的容器最大长度，如式(4)所示；
Lengthcapacity≥Maximum(Lengthpacket) (2)
式(2)中，Lengthpacket表示业务报文的最大长度；
Lengthdelay＝(Delaydata/Durationsymbol)*MCS (3)
式(3)中，Delaydata表示当前业务的时延要求，支持用户配置；
Durationsymbol表示每个无线符号的长度；MCS表示当前使用的调制编码方式；
Lengthsize＝Minimum(Lengthtransit，LengthData) (4)
式(4)中，Lengthtransit表示本次无线资源能够传输的最大长度；Lengthdata表示当前业务总量。这样能够在最大长度范围内，根据业务报文的实际长度自适应确定容器的实际长度。
进一步，所述发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换包括以下步骤：
S71：计算所有相邻终端的传输优先级；
S72：根据传输优先级对所有相邻终端进行排序；
S73：将排名在第N1名以后并且占用发送专用链路的相邻终端放到发送公共链路中；
S74：将排名在第N1名以前并且占用发送公共链路的相邻终端放到发送专用链路中。
进一步，所述接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换包括以下步骤：
S81：计算所有相邻终端的传输优先级；
S82：根据传输优先级对所有相邻终端进行排序；
S83：将排名在第N2名以后并且占用接收专用链路的相邻终端放到接收公共链路中；
S84：将排名在第N2名以前并且占用接收公共链路的相邻终端放到接收专用链路中。
进一步，传输优先级根据式(5)得到：
式(5)中，w,x,y,z表示权重，支持用户配置；Priorityuser表示用户优先级；Prioritydata表示业务优先级；Delaydata表示当前业务时延；Delaytotal表示总体业务时延；Lengthdata表示当前业务数量；Lengthtotal表示总体业务数量。
有益效果：本发明公开了一种无线自组织网络数据传输方法，数据传输开始后，发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换，接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换，这样能够尽可能满足相邻终端之间的业务传输需求，有效提高终端之间建立数据链路的数量，提高传输效率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中各终端的链路示意图；
图2为本发明具体实施方式中容器的示意图；
图3为本发明具体实施方式中数据传输的示意图；
图4为本发明具体实施方式中发送链路类型切换的流程图；
图5为本发明具体实施方式中接收链路类型切换的流程图；
图6为本发明具体实施方式中发送终端对数据处理的流程图；
图7为本发明具体实施方式中接收终端对数据处理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种无线自组织网络数据传输方法，发送链路和接收链路创建时均设为公共链路，数据传输开始后，发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换，接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换。发送链路类型和接收链路类型确定后，发送终端将业务报文封装进容器中并进行传输，接收终端接收到容器后，对每个容器进行校验并形成表示容器传输是否正确的反馈信息，然后将反馈信息发送给发送终端，发送终端根据反馈信息将传输正确的容器所对应的业务报文删除，将传输错误的容器所对应的业务报文作为需要重传的业务报文。如果需要重传的业务报文的重传次数超过了预设次数，则直接丢弃此业务报文。如果发送终端在预设时间内未收到反馈信息，则判定所有容器对应的业务报文都需要重传。一次数据传输中，接收终端只形成一个反馈信息。其中，发送终端的容器长度可以固定配置，也可以根据式(1) 自适应确定容器的最大长度，在最大长度范围内根据待发送业务报文的实际长度确定容器的实际长度，需要保证能够承载一个或者多个完整的业务报文，同时应该避免容器空间的浪费。
Lengthcontainer＝Minimum(Lengthcapacity，Lengthdelay，Lengthsize) (1)
式(1)中，Lengthcontainer表示容器的最大长度；Lengthcapacity表示硬件支持的容器的最大长度，如式(2)所示；Lengthdelay表示根据业务时延配置表得到的容器的最大长度，如式(3)所示；LengthSize表示根据业务总量以及本次传输的最大长度计算得到的容器最大长度，如式(4)所示；
Lengthcapacity≥Maximum(Lengthpacket) (2)
式(2)中，Lengthpacket表示业务报文的最大长度；
Lengthdelay＝(Delaydata/Durationsymbol)*MCS (3)
式(3)中，Delaydata表示当前业务的时延要求，支持用户配置； Durationsymbol表示每个无线符号的长度；MCS表示当前使用的调制编码方式；
Lengthsize＝Minimum(Lengthtransit，LengthData) (4)
式(4)中，Lengthtransit表示本次无线资源能够传输的最大长度；Lengthdata表示当前业务总量。
发送链路类型和接收链路类型确定后，发送终端通过以下方法将业务报文封装进容器中：
S51：判断是否存在需要重传的业务报文：如果存在，则进行步骤S52；否则，则进行步骤S53；
S52：判定重传次数是否超过最大传输次数：如果超过，则进行步骤S53；否则，则将需要重传的业务报文封装到容器中；
S53：将本次需要传输的业务报文封装到容器中。
发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换包括以下步骤：
S71：计算所有相邻终端的传输优先级；
S72：根据传输优先级对所有相邻终端进行排序；
S73：将排名在第N1名以后并且占用发送专用链路的相邻终端放到发送公共链路中；
S74：将排名在第N1名以前并且占用发送公共链路的相邻终端放到发送专用链路中。
接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换包括以下步骤：
S81：计算所有相邻终端的传输优先级；
S82：根据传输优先级对所有相邻终端进行排序；
S83：将排名在第N2名以后并且占用接收专用链路的相邻终端放到接收公共链路中；
S84：将排名在第N2名以前并且占用接收公共链路的相邻终端放到接收专用链路中。
步骤S71和S81中的传输优先级都可以根据式(5)得到：
式(5)中，w,x,y,z表示权重，支持用户配置；Priorityuser表示用户优先级；Prioritydata表示业务优先级；Delaydata表示当前业务时延；Delaytotal表示总体业务时延；Lengthdata表示当前业务数量；Lengthtotal表示总体业务数量。
本具体实施方式中的发送专用链路、发送公共链路、接收专用链路和接收公共链路分别为：
1)发送专用链路：发送终端用于维护与某一特定相邻终端之间进行数据传输的信息，每次数据传输可以发送一个或者多个容器的内容，每个容器可以承载一个或者多个业务报文；
2)发送公共链路：发送终端用于维护与其它多个相邻终端之间进行数据传输的信息，每次数据传输可以发送一个或者多个容器的内容，每个容器可以承载一个或者多个业务报文；
3)接收专用链路：接收终端用于维护与某一特定相邻终端之间进行数据传输的信息，每次数据传输可以接收一个或者多个容器的内容，每个容器可以承载一个或者多个业务报文；
4)接收公共链路：接收终端用于维护与其它多个相邻终端之间进行数据传输的信息，每次数据传输只能接收一个容器的内容，每个容器可以承载一个或者多个业务报文。由于接收公共链路需要维护与多个相邻终端之间的数据传输的信息，每个容器作为接收终端校验反馈是否接收正确的基本单位，如果数据传输可以承载多个容器，由于碰撞、误码等原因导致其中某些容器传输错误，为了保证数据传输的可靠性需要对错处容器中的业务报文进行重传，那么在成功收到全部重传内容之前接收公共链路无法接收其维护的其他相邻终端的数据传输，因此接收公共链路每次数据传输只能承载一个容器。
根据上述不同终端链路类型的传输特性，发送链路和接收链路匹配及收发约束规则如下：
1)发送专用链路/接收专用链路，每次数据传输可以承载一个或者多个容器，每个数据容器可以承载一个或者多个业务报文。
2)发送公共链路/接收专用链路，每次数据传输可以承载一个或者多个容器，每个数据容器可以承载一个或者多个业务报文。
3)发送公共链路/接收公共链路，每次数据传输只能承载一个容器，每个数据容器可以承载一个或者多个业务报文。
由于接收公共链路每次数据传输只能承载一个容器，此时发送终端使用专用链路也无法实现高效的数据传输，并且可能导致资源浪费，因此发送终端不会使用专用链路。
下面以结合如图1所示的链路结构，对本具体实施方式的技术方案作进一步介绍，假设N1＝N2＝1(N1、N2为大于等于0的正整数，N1、N2的取值与设备能力相关，此处为描述简单假设都取值为1，当然也可以取其它值。特别的当N1 取值为0时，表明节点的发送只能使用公共链路；当N2取值为0时，表明节点的接收只能使用公共链路)。
针对图1中的发送链路，终端Tx当前存在N+1个相邻终端，包括终端Rx、终端 Ra-Rn。根据图4所示发送链路类型切换处理流程，终端Tx周期性的和事件性的对所有相邻终端的发送链路类型进行切换，具体步骤如下所示：
1)终端Tx根据相邻终端的接收链路类型、用户优先级、业务优先级、业务时延和业务总量等信息，通过式(5)对所有相邻终端的传输优先级进行计算；
2)终端Tx根据传输优先级对所有相邻终端进行排序，并根据排序结果进行
如下动作：
a)如果终端Rx的传输优先级排序最高，则保持终端Rx放在终端Tx的发送专用链路中；否则将终端Rx放到终端Tx的发送公共链路中；
b)如果终端Ri(i∈(a～n))的传输优先级排序最高；
i.如果终端Ri对应的到终端Tx的接收链路为接收专用链路，则将终端Ri放到终端Tx的发送专用链路中；
ii.如果终端Ri对应的到终端Tx的接收链路为接收公共链路，则保持终端Ri放在终端Tx的发送公共链路中。
针对图1中的接收链路，终端Ry当前存在N+1个相邻终端，包括终端Ty和终端 Ta～Tn。根据图5所示接收链路类型切换处理流程，终端Ry周期性的和事件性的对所有相邻终端的接收链路类型进行切换，具体步骤如下所示：
1)终端Ry根据用户优先级、业务优先级、业务时延和业务总量等信息，通过式(5)对所有相邻终端的传输优先级进行计算；
2)终端Ry根据传输优先级对所有相邻终端进行排序，并根据排序结果进行如下动作：
a)如果终端Ty的传输优先级排序最高，则保持终端Ty放在终端Ry的接收专用链路中；否则将终端Ty放在终端Ry的接收公共链路中；
b)如果终端Ti(i∈(a～n))的传输优先级排序最高，则将终端Ti放到终端Ry的接收专用链路中。
图2所示为数据传输中的容器，每个容器可以承载一个或者多个业务报文。容器需要一个控制头信息用于接收终端解析容器中所有的业务报文，控制头信息至少包含报文指示信息，如表1所示。报文指示信息如表2所示。
表1容器控制头信息
内容 说明
报文指示信息 用于指示容器中对应业务报文的信息
表2报文指示信息
图3为数据传输过程，包括传输数据信息和传输反馈信息。
数据信息需要一个控制头信息用于接收终端解析数据信息中的所有容器，控制头信息至少包含目的终端、发送终端、容器指示信息和CRC，如表3所示。其中，容器指示信息如表4所示。
表3数据信息控制头信息
内容 说明
目的终端 用于指示接收终端的信息
发送终端 用于指示发送终端的信息
容器指示信息 用于指示对应容器的信息
CRC 用于接收终端校验是否正确的信息
表4容器指示信息
内容 说明
业务类型 用于指示对应容器中承载业务的类型
容器长度 用于指示对应容器的长度
MCS 用于指示对应容器的调制编码方式
反馈信息需要一个控制头信息用于发送终端解析反馈信息，控制头信息至少包括目的终端、发送终端和CRC，如表5所示。
表5反馈信息控制头信息
内容 说明
目的终端 用于指示接收终端的信息
发送终端 用于指示发送终端的信息
CRC 用于接收终端校验是否正确的信息
下面针对图3所示的数据传输，按照不同的传输结果进行说明：
1)数据信息传输正确，反馈信息传输正确：
a)数据信息传输全部正确；
b)接收终端发送的反馈信息中错误容器位图全部为0。
2)数据信息传输错误，反馈信息传输正确：
a)数据信息传输中容器i和容器j(i,j∈(a～n))校验错误；
b)接收终端发送的反馈信息中容器i和容器j对应的位为1，其余为0；
c)发送终端收到反馈信息后，将位图为0对应容器承载的业务报文全部删除。
3)数据信息传输丢失：
a)数据信息传输丢失；
b)发送终端等待反馈信息超时，认为所有容器全部错误。
4)反馈信息传输丢失：
a)反馈信息传输丢失；
b)发送终端等待反馈信息超时，认为所有容器全部错误。
图6所示为发送数据处理流程。发送终端可以固定配置容器的长度，也可以根据硬件能力、信道质量、业务总量和业务时延等自适应的计算容器最大长度，也即通过式(1)进行计算。根据接收链路类型确定数据传输可以承载的容器数量。发送终端首先获取重传业务报文并且封装到容器中，如果重传业务报文超过最大传输次数时，直接将此业务报文丢弃。发送终端处理完所有重传业务报文候，获取新传业务报文并且封装到容器中。当没有可传输的业务报文或者没有可用容器时，将封装好的容器全部封装的数据信息并且发送。发送终端等待接收终端发送的反馈信息，等待预设的时间范围内收到反馈信息，则解析反馈信息并且将无需重传容器对应的业务报文删除。等待预设的时间范围仍未收到反馈信息，则认为容器全部错误。
图7所示为接收数据处理流程。接收终端收到数据信息后，判断收到的数据信息是否发给自己，对于不是发给自己的数据信息直接丢弃。接收终端收到发给自己的数据信息，根据数据信息控制头中的容器指示信息解析所有容器内容。如果容器校验错误，直接丢弃该容器的内容，并且将容器在反馈信息中的错误容器位图的位置1。容器校验正确，则根据容器控制头中的报文指示信息解析所有的业务报文并且对业务报文进行处理。所有容器解析完成之后，通过反馈信息将容器的是否正确发送给发送终端。

Claims (7)

1.一种无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：发送链路和接收链路创建时均设为公共链路，数据传输开始后，发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换，接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换；
所述发送终端对它的所有相邻终端进行发送链路类型的自适应切换包括以下步骤：
S71：计算所有相邻终端的传输优先级；
S72：根据传输优先级对所有相邻终端进行排序；
S73：将排名在第N1名以后并且占用发送专用链路的相邻终端放到发送公共链路中；
S74：将排名在第N1名以前并且占用发送公共链路的相邻终端放到发送专用链路中；
所述接收终端对它的所有相邻终端进行接收链路类型的自适应切换包括以下步骤：
S81：计算所有相邻终端的传输优先级；
S82：根据传输优先级对所有相邻终端进行排序；
S83：将排名在第N2名以后并且占用接收专用链路的相邻终端放到接收公共链路中；
S84：将排名在第N2名以前并且占用接收公共链路的相邻终端放到接收专用链路中。
2.根据权利要求1所述的无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：发送链路类型和接收链路类型确定后，发送终端将业务报文封装进容器中并进行传输，接收终端接收到容器后，对每个容器进行校验并形成表示容器传输是否正确的反馈信息，然后将反馈信息发送给发送终端，发送终端根据反馈信息将传输正确的容器所对应的业务报文删除，将传输错误的容器所对应的业务报文作为需要重传的业务报文。
3.根据权利要求2所述的无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：一次数据传输中，接收终端只形成一个反馈信息。
4.根据权利要求2所述的无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：如果发送终端在预设时间内未收到反馈信息，则判定所有容器对应的业务报文都需要重传。
5.根据权利要求2所述的无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：发送链路类型和接收链路类型确定后，发送终端通过以下方法将业务报文封装进容器中：
S51：判断是否存在需要重传的业务报文：如果存在，则进行步骤S52；否则，则进行步骤S53；
S52：判定重传次数是否超过最大传输次数：如果超过，则进行步骤S53；否则，则将需要重传的业务报文封装到容器中；
S53：将本次需要传输的业务报文封装到容器中。
6.根据权利要求2所述的无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：所述容器的长度受最大长度的限制，最大长度根据式(1)得到：
Lengthcontainer＝Minimum(Lengthcapacity，Lengthdelay，Lengthsize) (1)
式(1)中，Lengthcontainer表示容器的最大长度；Lengthcapacity表示硬件支持的容器的最大长度，如式(2)所示；Lengthdelay表示根据业务时延配置表得到的容器的最大长度，如式(3)所示；LengthSize表示根据业务总量以及本次传输的最大长度计算得到的容器最大长度，如式(4)所示；
Lengthcapacity≥Maximum(Lengthpacket) (2)
式(2)中，Lengthpacket表示业务报文的最大长度；
Lengthdelay＝(Delaydata/Durationsymbol)*MCS (3)
式(3)中，Delaydata表示当前业务的时延要求，支持用户配置；
Durationsymbol表示每个无线符号的长度；MCS表示当前使用的调制编码方式；
Lengthsize＝Minimum(Lengthtransit，LengthData) (4)
式(4)中，Lengthtransit表示本次无线资源能够传输的最大长度；Lengthdata表示当前业务总量。
7.根据权利要求1所述的无线自组织网络数据传输方法，其特征在于：传输优先级根据式(5)得到：
式(5)中，w，x，y，z表示权重，支持用户配置；Priorityuser表示用户优先级；Prioritydata表示业务优先级；Delaydata表示当前业务时延；Delaytotal表示总体业务时延；Lengthdata表示当前业务数量；Lengthtotal表示总体业务数量。
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