CN108834165A - 一种无线传感网络自适应传输方法及装置 - Google Patents

一种无线传感网络自适应传输方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线传感网络自适应传输方法及装置，针对各个簇头网络通信质量不同，可能导致大量的簇内成员过多地依赖簇头进行数据传输与处理，使得簇头的能量消耗很快。为避免簇头能量耗尽，需频繁选择簇头。通过各簇头主动发送测试包进行网络质量测试，与路由路径上各跳之间的簇头平摊了数据传输开销，使得簇头节点进行数据传输与处理的稳定性增强，降低簇头的能量消耗速度，增强了可扩展性差，适用于大规模网络，提高了网络传输效率。

Description

一种无线传感网络自适应传输方法及装置
技术领域
本公开涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种无线传感网络自适应传输方法及装置。
背景技术
如今无线传感器网络已经成为一种极具潜力的测量工具。它是一个由微型、廉价、能量受限的传感器节点所组成，通过无线方式进行通信的多跳网络，其目的是对所覆盖区域内的信息进行采集、处理和传递。然而，传感器节点体积小，依靠电池供电，且更换电池不便，如何高效使用能量，提高传输效率，是传感器网络面临的首要问题。为了改善这种问题，Wendi、Rabiner、Heinzelman等提出了在无线传感器网络中使用分簇概念，其将网络分为不同层次的LEACH算法：通过某种方式周期性随机选举簇头，簇头在无线信道中广播信息，其余节点检测信号并选择信号最强的簇头加入，从而形成不同的簇。簇头之间的连接构成上层骨干网，所有簇间通信都通过骨干网进行转发。簇内成员将数据传输给簇头节点，簇头节点再向上一级簇头传输，直至基站。这种方式降低了节点发送功率，减少了不必要的链路，减少节点间干扰，达到保持网络内部能量消耗的均衡，延长网络寿命的目的。该算法的缺点在于：由于各个簇头网络通信质量不同，可能导致大量的簇内成员过多地依赖簇头进行数据传输与处理，使得簇头的能量消耗很快。为避免簇头能量耗尽，需频繁选择簇头。同时，簇头与簇内成员为点对多点的一跳通信，可扩展性差，不适用于大规模网络。
发明内容
本公开的目的是针对现有技术的不足，提供一种无线传感网络自适应传输方法及装置，具体包括以下步骤：
步骤1，以LEACH算法初始化无线传感网络将网络分簇；
步骤2，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送多级带宽测试数据，下一跳节点接收完成后返回响应数据包给各簇头节点；
步骤3，各簇头节点根据返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值；
步骤4，各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割，得到数据分割信息、一个或多个数据分割块；
步骤5，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送数据分割信息、一个或多个数据分割块，按照路由路径逐跳转发直到数据到达基站；
步骤6，基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块；
步骤7，基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据；
其中，所述数据分割信息为分割完成后生成，所述数据分割信息包括各数据分割块数量，各数据分割块大小，数据分割块顺序编号。
进一步地，在步骤2中，所述多级带宽测试数据包括多个带宽测试数据，各带宽测试数据的大小至少包括512K、1M、2M、3M、5M和10M。
进一步地，在步骤3中，所述各簇头节点按照返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值的方法为：各簇头节点选择返回耗时最短的响应数据包，将响应数据包对应的带宽测试数据的大小数值设置为分割阈值。
进一步地，在步骤4中，所述各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割的方法为：在各簇头节点中，当待传输数据大小为小于或等于分割阈值时不进行分割，将待传输数据单独作为一个数据分割块；当待传输数据大小为大于分割阈值时，分割为N个数据分割块，一个或多个数据分割块大小为分割阈值，数据分割块大小为小于分割阈值的数据为实际数据大小，其中,
进一步地，在步骤6中，所述基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块的方法为，基站按照数据分割块顺序编号和各数据分割块数量依次接收各个数据分割块。
进一步地，在步骤7中，所述基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据的方法为，基站按照数据分割块顺序编号、各数据分割块大小和各数据分割块数量将接收到的各个数据分割块依次按照编号顺序和数量、大小组合成为原来的待传输数据。
本发明还提供了一种无线传感网络自适应传输装置，所述装置包括：
网络分簇单元，以LEACH算法初始化无线传感网络将网络分簇；
带宽测试单元，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送多级带宽测试数据，下一跳节点接收完成后返回响应数据包给各簇头节点；
阈值确定单元，各簇头节点根据返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值；
数据分割单元，各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割，得到数据分割信息、一个或多个数据分割块；
路由转发单元，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送数据分割信息、一个或多个数据分割块，按照路由路径逐跳转发直到数据到达基站；
基站接收单元，基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块；
数据组合单元，基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据。
本公开的有益效果为：本发明公开了一种无线传感网络自适应传输方法及装置，通过各簇头主动发送测试包进行网络质量测试，与路由路径上各跳之间的簇头平摊了数据传输开销，使得簇头节点进行数据传输与处理的稳定性增强，降低簇头的能量消耗速度，增强了可扩展性差，适用于大规模网络，提高了网络传输效率。
附图说明
通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：
图1所示为本公开的一种无线传感网络自适应传输方法流程图；
图2所示为本公开的一种无线传感网络自适应传输装置。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示为根据本公开的一种无线传感网络自适应传输方法流程图，下面结合图1来阐述根据本公开的实施方式的无线传感网络自适应传输方法。
本公开提出一种无线传感网络自适应传输方法，具体包括以下步骤：
步骤1，以LEACH算法初始化无线传感网络将网络分簇；
步骤2，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送多级带宽测试数据，下一跳节点接收完成后返回响应数据包给各簇头节点；
步骤3，各簇头节点根据返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值；
步骤4，各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割，得到数据分割信息、一个或多个数据分割块；
步骤5，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送数据分割信息、一个或多个数据分割块，按照路由路径逐跳转发直到数据到达基站；
步骤6，基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块；
步骤7，基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据；
其中，所述数据分割信息为分割完成后生成，所述数据分割信息包括各数据分割块数量，各数据分割块大小，数据分割块顺序编号。
进一步地，在步骤2中，所述多级带宽测试数据包括多个带宽测试数据，各带宽测试数据的大小至少包括512K、1M、2M、3M、5M和10M。
进一步地，在步骤3中，所述各簇头节点按照返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值的方法为：各簇头节点选择返回耗时最短的响应数据包，将响应数据包对应的带宽测试数据的大小数值设置为分割阈值。
进一步地，在步骤4中，所述各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割的方法为：在各簇头节点中，当待传输数据大小为小于或等于分割阈值时不进行分割，将待传输数据单独作为一个数据分割块；当待传输数据大小为大于分割阈值时，分割为N个数据分割块，一个或多个数据分割块大小为分割阈值，数据分割块大小为小于分割阈值的数据为实际数据大小，其中,
进一步地，在步骤6中，所述基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块的方法为，基站按照数据分割块顺序编号和各数据分割块数量依次接收各个数据分割块。
进一步地，在步骤7中，所述基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据的方法为，基站按照数据分割块顺序编号、各数据分割块大小和各数据分割块数量将接收到的各个数据分割块依次按照编号顺序和数量、大小组合成为原来的待传输数据。
本发明还提供了一种无线传感网络自适应传输装置，如图2所示，所述装置包括：
网络分簇单元，以LEACH算法初始化无线传感网络将网络分簇；
带宽测试单元，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送多级带宽测试数据，下一跳节点接收完成后返回响应数据包给各簇头节点；
阈值确定单元，各簇头节点根据返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值；
数据分割单元，各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割，得到数据分割信息、一个或多个数据分割块；
路由转发单元，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送数据分割信息、一个或多个数据分割块，按照路由路径逐跳转发直到数据到达基站；
基站接收单元，基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块；
数据组合单元，基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据。
所述一种无线传感网络自适应传输装置可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种无线传感网络自适应传输装置可运行的装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种无线传感网络自适应传输装置的示例，并不构成对一种无线传感网络自适应传输装置的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种无线传感网络自适应传输装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种无线传感网络自适应传输装置运行装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种无线传感网络自适应传输装置可运行装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种无线传感网络自适应传输装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (7)

1.一种无线传感网络自适应传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，以LEACH算法初始化无线传感网络将网络分簇；
步骤2，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送多级带宽测试数据，下一跳节点接收完成后返回响应数据包给各簇头节点；
步骤3，各簇头节点根据返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值；
步骤4，各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割，得到数据分割信息、一个或多个数据分割块；
步骤5，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送数据分割信息、一个或多个数据分割块，按照路由路径逐跳转发直到数据到达基站；
步骤6，基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块；
步骤7，基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据；
其中，所述数据分割信息为分割完成后生成，所述数据分割信息包括各数据分割块数量，各数据分割块大小，数据分割块顺序编号。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感网络自适应传输方法，其特征在于，在步骤2中，所述多级带宽测试数据包括多个带宽测试数据，各带宽测试数据的大小至少包括512K、1M、2M、3M、5M和10M。
3.根据权利要求1所述的一种无线传感网络自适应传输方法，其特征在于，在步骤3中，所述各簇头节点按照返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值的方法为：各簇头节点选择返回耗时最短的响应数据包，将响应数据包对应的带宽测试数据的大小数值设置为分割阈值。
4.根据权利要求1所述的一种无线传感网络自适应传输方法，其特征在于，在步骤4中，所述各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割的方法为：在各簇头节点中，当待传输数据大小为小于或等于分割阈值时不进行分割，将待传输数据单独作为一个数据分割块；当待传输数据大小为大于分割阈值时，分割为N个数据分割块，一个或多个数据分割块大小为分割阈值，数据分割块大小为小于分割阈值的数据为实际数据大小，
其中,
5.根据权利要求1所述的一种无线传感网络自适应传输方法，其特征在于，在步骤6中，所述基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块的方法为，基站按照数据分割块顺序编号和各数据分割块数量依次接收各个数据分割块。
6.根据权利要求1所述的一种无线传感网络自适应传输方法，其特征在于，在步骤7中，所述基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据的方法为，基站按照数据分割块顺序编号、各数据分割块大小和各数据分割块数量将接收到的各个数据分割块依次按照编号顺序和数量、大小组合成为原来的待传输数据。
7.一种无线传感网络自适应传输装置，其特征在于，所述装置包括：
网络分簇单元，以LEACH算法初始化无线传感网络将网络分簇；
带宽测试单元，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送多级带宽测试数据，下一跳节点接收完成后返回响应数据包给各簇头节点；
阈值确定单元，各簇头节点根据返回耗时最短的响应数据包确定分割阈值；
数据分割单元，各簇头节点将待传输数据按照分割阈值进行分割，得到数据分割信息、一个或多个数据分割块；
路由转发单元，各簇头节点向基站方向上的下一跳节点发送数据分割信息、一个或多个数据分割块，按照路由路径逐跳转发直到数据到达基站；
基站接收单元，基站接收数据分割信息，并按照数据分割信息接收一个或多个数据分割块；
数据组合单元，基站将一个或多个数据分割块组合成为原来的待传输数据。
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