CN108848541B - 节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统。方法包括：基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发。通过在数据机会传输过程中寻找数据相关度高的节点优先作为中继转发节点，同时通过中继转发协调方式抑制副本的继续传播，在利用机会路由提升网络传输可靠性的同时，采用数据融合的方式，减少了网络实际传输数据量，降低了无线传感器网络的能耗，提高了数据传输效率。

Description

节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统
技术领域
本发明实施例涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统。
背景技术
农田无线传感器网络方便、精确地获取农业生产的实时环境信息，已经成为指导农业生产，提高作物产量的关键技术。网络监测数据的高效汇集是无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)研究中的一个基本问题，网络路由协议作为网络数据采集应用的重要环节对网络的性能影响巨大。对于农田复杂环境而言，存在无线信道的时变、链路不稳定等特性，以及概率连通模型下固定路径路由可靠性不高、重传次数多等问题，对高效可靠的网络监测传输形成挑战。机会传输路由策略是近年来研究的热点之一，机会路由利用信道广播特性通过多个潜在中继节点竞争，从链路可靠性、节点开销、路径开销等角度进行下一跳节点选择，有效提高了网络吞吐量和传输可靠性。
机会路由主要考虑的是网络吞吐量、能耗以及网络时延等方面，对于能量受限的农田无线传感器网络而言，能耗优化是需要解决的重要问题，但目前的能耗机会路由如EEOR和REOR等均是单纯的通过传输能耗进行相关优化研究，对于一些对能耗要求较高的无线传感器网络来说，其对于能耗的优化远远不够，因此，如何进一步有效降低无线传感器网络的能耗是亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统，用以解决现有技术的无线传感器网络中数据传输能耗高的缺陷。
本发明实施例提供一种节点间数据关联机会路由转发协调方法，包括：
基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；
对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发；
其中，第一顺序为跳数由高到低的顺序，第二顺序为秩由低到高的顺序，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点采集到的数据向量和上一节点集合转发的数据矩阵，上一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之前的节点集合。
本发明实施例提供一种节点间数据关联机会路由转发协调系统，包括：
节点集合排序模块，用于基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；
节点排序模块，用于对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发；
其中，第一顺序为跳数由高到低的顺序，第二顺序为秩由低到高的顺序，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点采集到的数据向量和上一节点集合转发的数据矩阵，上一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之前的节点集合。
本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述的方法。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述的方法。
本发明实施例提供的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统，通过充分利用无线传感器网络中节点数据间的相互关联特性，在数据机会传输过程中寻找数据相关度高的节点优先作为中继转发节点，同时通过机会路由方式抑制其他副本的继续传播，在利用机会路由提升网络传输可靠性的同时，采用数据融合的方式，减少了网络实际传输数据量，进一步降低了无线传感器网络的能耗，提高了数据传输效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明实施例提供的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法流程图；
图2为本发明实施例提供的一种确定性感知区域与概率感知区域示意图；
图3为本发明实施例提供的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，为了更好地说明本发明实施例的方案，作为优选，可以将本发明实施例中的无线传感器网络应用在农田中以进行说明。以下实施例中，农田无线传感器网络、无线传感器网络和网络均具有同一含义。
图1为本发明实施例提供的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法流程图，如图1所示，该方法包括：
基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发；其中，第一顺序为跳数由高到低的顺序，第二顺序为秩由低到高的顺序，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点采集到的数据向量和上一节点集合转发的数据矩阵，上一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之前的节点集合。
具体地，对于农田无线传感器网络而言，每一个节点均既是感知采集节点，同时也可以是中继转发节点。为了保证数据在网络中高效可靠地传输，首先将网络中的所有节点分为多个节点集合，并排序，以分批进行数据转发。
将网络中的所有节点分为多个节点集合并排序的过程为：根据网络中每个节点到sink节点的跳数，将网络中的所有节点分为多个节点集合。根据跳数由高到低的顺序，将多个节点集合进行排序，例如排序为：上一节点集合、当前节点集合和下一节点集合。
本发明实施例中的上一节点集合、当前节点集合和下一节点集合依次进行数据转发，并只有上一节点集合进行数据转发完毕后，当前节点集合才进行数据转发，并只有当前节点集合进行数据转发完毕后，下一节点集合才进行数据转发。而对于每一节点集合来说，其中的多个节点进行数据转发也存在先后顺序。在本发明实施例中，根据每一节点的第一缓存数据矩阵的秩，来确定数据转发的先后顺序。其中，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点作为候选转发节点所收到的上一节点集合中对应节点所发送的数据矩阵和自身所采集到的数据向量。
根据秩由低到高的顺序，依次将对应节点的第二缓存数据矩阵发送给下一节点集合。其中，节点的第二缓存数据矩阵为该节点的第一缓存数据矩阵的子集。需要说明的是，对于一个节点集合来说，不同节点的第二缓存数据矩阵中不存在重复内容，即，对于一个节点集合来说，其中的每个节点发送的数据都不同，避免了网络中相同数据的重复传输，减少了网络实际传输数据量，进一步降低了网络的能耗，提高了数据传输效率。
本发明实施例提供的方法，充分利用无线传感器网络中节点数据间的相互关联特性，在数据机会传输过程中寻找数据相关度高的节点优先作为中继转发节点，同时通过机会路由方式抑制其他副本的继续传播，在利用机会路由提升网络传输可靠性的同时，采用数据融合的方式，减少了网络实际传输数据量，进一步降低了无线传感器网络的能耗，提高了数据传输效率。
基于上述实施例，按照第二顺序依次对节点进行数据转发，进一步包括：
对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，获取该节点的第二缓存数据矩阵，并在下一节点集合中获取该节点的候选转发集；按照第二顺序，依次将节点的第二缓存数据矩阵转发给对应的候选转发集；其中，下一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之后的节点集合，节点的第二缓存数据矩阵为该节点的第一缓存数据矩阵的子集，当前进行数据转发的节点集合中不同节点的第二缓存数据矩阵中不存在重复内容。
需要说明的是，将当前进行数据转发的节点集合中的一个节点(定义为X节点)的第二缓存数据矩阵发送给下一节点集合，并不是指发送给下一节点集合中的所有节点，而是发送给下一节点集合中的部分节点，在本发明实施例中，将部分节点称为X节点的转发候选集。
基于上述实施例，对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，获取该节点的第二缓存数据矩阵，进一步包括：
对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，若监听到自身的第一缓存数据矩阵与位于自身之前的节点的第一缓存数据矩阵存在重复内容，则删除自身的第一缓存数据矩阵中的重复内容，以生成第二缓存数据矩阵。
具体地，本发明实施例为第二缓存数据矩阵的获取过程。对于每一节点，在进行数据转发之前，通过监听顺序在该节点之前的节点的第一缓存数据矩阵，以与自身的第一缓存数据矩阵作比较，若发现存在重复内容，则从自身的第一缓存数据矩阵中删除该重复内容后，生成第二缓存数据矩阵，并转发给位于下一节点集合中的该节点的候选转发集。
本发明实施例提供的方法，每一节点通过监听，删除自身的冗余数据，避免了无线传感器网络中相同数据的重复传输，减少了网络实际传输数据量，进一步降低了无线传感器网络的能耗，提高了数据传输效率。
基于上述实施例，在下一节点集合中获取该节点的候选转发集，进一步包括：
在下一节点集合中，确定该节点的邻居节点集；获取该节点到邻居节点集中每一邻居节点的连通概率；根据连通概率的高低，依次将满足预设条件的邻居节点加入至该节点的候选转发集中，以获取该节点的候选转发集。
基于上述实施例，将满足预设条件的邻居节点加入至该节点的候选转发集中，进一步包括：
分别计算该节点在第一状态的第一转发总期望能耗值和在第二状态的第二转发总期望能耗值；若第二转发总期望能耗值小于第一转发总期望能耗值，则判定该节点对应的邻居节点满足预设条件，并将对应的邻居节点加入至该节点的候选转发集中；其中，第一状态为将对应的邻居节点加入至候选转发集之前的状态，第二状态为将对应的邻居节点加入至候选转发集之后的状态。
具体地，设任意节点i的邻居节点集和候选转发集分别为Nb(i)和FL(i)。则节点i的单次转发总期望能耗开销
Figure BDA0001733702680000061
满足：
Figure BDA0001733702680000062
其中，
Figure BDA0001733702680000063
为节点i的发送能耗，
Figure BDA0001733702680000064
为候选转发集节点能耗开销。
因为节点i广播发送其数据，单次广播能耗固定，因此
Figure BDA0001733702680000065
取决于数据重发次数。即有：
Figure BDA0001733702680000066
其中，pij为节点i到节点j的连通概率。
同理可得：
Figure BDA0001733702680000067
其中，|FL(i)|为候选转发集中节点的个数，
Figure BDA0001733702680000071
为成功中继节点的转发能耗开销，
Figure BDA0001733702680000072
为中继协调过程中的少量通信开销，可忽略。
由上三式易知当pij值越大时，相应的FL(i)中节点数量越少，总期望能耗越小。因此，在构建候选转发集时，根据节点的链路连通概率从高到低选择节点加入，每加入一个节点后重新计算总期望能耗开销，若新加入的节点可使期望能耗开销降低，则将新节点添加至候选转发集，当新加入节点使期望能耗增加时中断循环。
进一步地，为提高候选转发集构建效率，FL(i)中节点可从ETX(i)中按上述方法进行选择判断，其中，ETX(i)为采用传统ExOR算法得出的节点i的候选转发集，其中，节点j满足
Figure BDA0001733702680000074
进一步地，为避免网络形成环形回路，剔除ETX(i)中距sink节点距离大于节点i到sink节点距离的节点。
基于上述实施例，获取该节点到邻居节点集中每一邻居节点的连通概率，进一步包括：
根据无线传感器网络的概率信道模型，计算无线传感器网络中每两个节点间的连通概率；根据每两个节点间的连通概率，构建无线传感器网络的有向连通图；根据有向连通图，获取该节点到邻居节点集中每一邻居节点的连通概率。
由于农田复杂多径信道环境使得信号强度与通信质量呈现较大的不确定性，其网络链路呈现为概率连通特性。因此，本发明实施例在农田的无线传感器网络的概率信道模型的基础上，对接收端信号强度、信噪比等进行估计，进而确定无线传感器网络节点间的连通概率。
本发明实施例根据农田环境信道模型确定不同作物、不同生长阶段、收发节点不同相对位置时的接收端信号强度与接收端信噪比。进一步地，本发明实施例中的概率信道模型对接收端信号特征参数进行估计。
接收端信噪比可表示为：
Figure BDA0001733702680000073
接收天线接收到的无线信号的包络总功率P，所述包络总功率P包括大尺度分量功率Pb及小尺度多径噪声功率Pm，AWGN为加性高斯白噪声。
Hb＞0时的大尺度衰落模型为：
PL＝(a·ln(Hb)+b·ln(PSAD)+c)lgd+A
其中，PL为发射天线发出的无线信号的衰落，a、b和c为拟合系数，PSAD为作物的表面积密度指数，所述拟合系数根据作物生长阶段对应的PSAD确定，Hb为遮挡高度；
Figure BDA0001733702680000081
f为无线信号频率，Gs为发射天线增益，Gr为接收天线增益，c为光速常数。
Hb<0时的多尺度衰落模型为：
Figure BDA0001733702680000082
其中，PL为发射天线发出的无线信号的衰落，a′、b′、c′、i、j、k为拟合系数；PSAD为作物的表面积密度指数；
Figure BDA0001733702680000083
f为无线信号频率，Gs为发射天线增益，Gr为接收天线增益，c为光速常数。
在确定了接收端信号特征参数后，本发明实施例根据接收端信号特征参数确定无线传感器网络节点间链路的连通概率，进而构建无线传感器网络的连通概率模型。作为优选，本发明实施例中采用数据分组接收率prr定义网络链路的有向连通图。
Figure BDA0001733702680000084
其中，RSSIrx为接收端信号强度，dTHL与dTHH为确定感知的上下界半径，d为收发节点间距离，γ为接收端信噪比，k为数据帧的大小，sensitivity为接收端的接收敏感度阈值。
图2为本发明实施例提供的一种确定性感知区域与概率感知区域示意图，概率感知区域即过渡区域是指prr在0～1之间的区域，如图2所示，概率感知区域分布在过渡区域两端的分别是确定感知区域和确定感知外区域，概率感知区域的宽度受信号频率、周边环境等影响，尤其在农田环境中，农田信道环境会随着作物生长而发生变化，因此概率感知区域边界也会随之变化。
在求解得出所有邻居节点间的连通概率prr后，构建无线传感器网络的有向连通图
Figure BDA0001733702680000091
其中V为网络节点集，包含N个节点，
Figure BDA0001733702680000092
为有向链路集，因为农田复杂环境遮挡可能会造成链路的不对称性，即对于节点i和j有prrij≠prrji。对于链路(i,j)，有
Figure BDA0001733702680000093
假设任意链路连通概率都是独立的，只有链路连通概率prrij大于阀值P0才认为直接链路存在，其中P0<<1。
在得出有向连通图后，根据其中的链路连通概率确定连通子图
Figure BDA0001733702680000094
与机会连通子图
Figure BDA0001733702680000095
有
Figure BDA0001733702680000096
其中，对于Gd有
Figure BDA0001733702680000097
基于上述实施例，作为一个优选实施例，本发明实施例结合附图，对数据的传输过程进行进一步说明。
对于农田无线传感器网络而言，每一个节点均既是感知采集节点，同时也可以是中继转发节点。传统洪泛路由(Flooding)传播是一种简单方便的平面路由组织传输方式，只是因为在网络规模变大时产生的报文风暴以及重复分组问题会浪费大部分网络资源而造成性能下降。本发明将洪泛传播的基本思想与机会传输相整合，通过机会中继转发方式消除报文风暴与重复分组问题，并且通过节点间的数据关联度协调中继转发时的优先级顺序，通过高关联度节点间的数据融合进一步提高了网络数据转发的效率。具体方法如下：
步骤一：当网络节点完成数据采集后，按到sink节点的跳数多少排序进行广播机会传输。设网络中到sink的最大跳数为Nmax，则在网络数据上传过程中由网络中所有到sink跳数为Nmax的全部节点最先广播自身采集数据，而后由其对应的到sink跳数为Nmax-1的候选转发节点进行机会转发。节点发送的信息包括控制字段和数据字段两部分，其中数据信息为当前节点融合后的数据结果，以矩阵形式表示，如节点i的数据信息为Di，控制字段除包含正常通信的其他控制信息外，还包括数据字段中融合的节点编号。
步骤二：当到sink的N跳节点(后简称N跳节点)进行数据广播时，其对应的N-1跳候选转发节点收到数据并缓存，待网络中全部N跳节点完成数据发送后，N-1跳节点将中继转发数据与自身节点数据一并进行关联度分析与机会转发。
设节点A网络中某一中继转发节点，设其缓存的数据为
DA＝[αa1,αa2,…,αan,αaa]
其中，αa1,αa2,…,αan为以A为转发候选节点的上轮节点发送的监测数据矩阵，αaa为节点A自身的监测数据向量。监测数据向量中包含农田无线传感器网络监测的多种环境参数，包括但不限于空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤墒情、光照强度、风速、风向、降雨量等。
步骤三：对网络中所有N-1跳中继节点缓存数据矩阵求秩，转到步骤四。
步骤四：按中继转发节点缓存矩阵的秩由小到大顺序进行数据中继转发，在发送数据包前，对缓存数据矩阵进行压缩，压缩之后的实际发送数据矩阵为
Figure BDA0001733702680000101
特殊地，由于优先进行数据转发节点的缓存数据矩阵多是低秩的，本发明实施例采用低秩矩阵压缩等矩阵压缩方法进行数字字段压缩。由于
Figure BDA0001733702680000102
的数据量小于原始DA，所以实现了减少数据传输量的效果。
步骤五：未进行中继转发的节点以及下一级中继转发节点均保持监听状态，若监听节点收到的数据包控制字段中的节点编号与自身数据包中控制字段中存在重复，则监听节点将该节点编号与对应的数据矩阵从其缓存数据包控制字段与数据矩阵中删除。并跳转到步骤三。
特殊地，节点i的控制字段节点编号格式如下：
A,B(C,D(E,F))
其中，节点D是E、F的中继转发节点，融合了E、F的数据信息，而节点B是C、D的中继转发节点，融合了C、D的数据信息。
在进行节点编号对比时，仅对比第一级节点编号，删除时，第一级节点的编号B(C,D(E,F))与数据矩阵均视为整体进行删除。
步骤六：循环执行步骤三至五，直到当前跳数的中继节点全部完成中继转发任务。转到步骤二对下一批(跳数减一即N-2跳)中继节点继续执行。
进一步地，本发明实施例中对于相同跳数节点间采用TDMA或其他防碰撞方式解决相互间可能存在的干扰问题。
图3为本发明实施例提供的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法流程示意图，如图3所示，A、B、C、D为N跳节点，E、F、G、H为N-1跳节点，I、J、K、L为N-2跳节点。将A、B、C、D称为上一节点集合，将E、F、G、H称为当前节点集合，将I、J、K、L称为下一节点集合。上一节点集合中的A、B、C、D分别向当前节点集合中的E、F、G、H广播数据，具体地，A向E、F转发数据，B向E、E、G转发数据，转发关系如图中连接线所示，此处不再赘述。当前节点集合中的E、F、G、H分别收到上一节点集合中对应节点转发的数据后，将转发收到的数据与自身采集的数据融合后进行秩的计算，以确定E、F、G、H的转发顺序。当前节点集合中的E、F、G、H根据转发顺序依次将数据转发给下一节点集合中的对应节点，例如，E将数据转发给了I、J。需要说明的是，为了进一步减少数据传输量以提高数据传输效率和降低数据冗余度，本发明实施例中可将数据进行压缩后再进行转发。
本发明实施例提供一种节点间数据关联机会路由转发协调系统，包括：
节点集合排序模块，用于基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；
节点排序模块，用于对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发；
其中，第一顺序为跳数由高到低的顺序，第二顺序为秩由低到高的顺序，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点采集到的数据向量和上一节点集合转发的数据矩阵，上一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之前的节点集合。
需要说明的是，本发明实施例的系统可用于执行图1所示的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明实施例提供的一种电子设备，所述设备包括：处理器(processor)、存储器(memory)和总线；其中，所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明实施例的关键点在于：
1.基于农田信道模型与网络连通有向图的候选转发集构建。本发明针对农田场景复杂多变环境形成的无线信号多尺度传输特性，采用农田信道模型构建网络连通有向图，为机会传输方法提供模型基础。通过考虑不同机会路径的期望路径能耗，实现候选转发节点集中的路径能耗优化，部分解决了传统机会路由中节点能耗高且不均衡的问题，也为数据关联的机会传输方法提供基础条件。
2.基于节点间数据关联的机会传输方法。充分利用农田监测网络中节点数据间的相互关联特性，在数据机会传输过程中寻找数据相关度高的节点优先作为中继转发节点，同时通过机会路由方式抑制其他副本的继续传播，在利用机会路由提升网络传输可靠性的同时，采用数据融合的方式减少网络实际传输数据量，进一步提高网络的能耗效率。
农田无线传感器网络应用面临的两大问题在于能量的有限性与环境复杂时变导致的概率连通信道，机会路由的引入可在很大程度上提高概率信道的传输可靠性问题，但随之也会带来较多的额外能耗。本发明将农田概率信道模型、数据融合方法与机会路由策略相结合，提出一种基于节点间数据关联的农田机会路由传输方法。
本发明实施例的效果在于：
本发明利用无线信道传输的广播特性，利用多节点转发提高传输可靠性，同时通过构建候选转发集并进行有效的中继协调，避免洪泛传播方法中出现的数据、报文风暴等问题，保证了网络传输效率，在候选转发集构建时，在传统机会路由方法基础上，优先选择数据相关度高的节点作为中继转发节点，并且通过节点间的数据关联度协调中继转发时的优先级顺序，通过高关联度节点间的数据融合进一步提高了网络数据转发的效率。在保证网络传输可靠性与效率的同时最大程度上实现了路径数据融合，减少了网络数据传输量，并最终降低了网络能耗。
综上，本发明实施例提供的一种节点间数据关联机会路由转发协调方法及系统，针对农田复杂环境无线传感器网络多尺度衰落信道、链路概率连通、能量受限、多级能量异构等特点，引入机会传输路由方法，提出一种基于节点间数据关联的农田机会路由传输方法。该方法在农田概率信道模型的基础上，构建网络链路机会有向连通图，为机会路由判定提供基础；并且在网络传输可靠性、路径能耗开销等指标的基础上，采用节点间的数据关联度对候选转发集进行构建与中继协调，降低机会路由的实际数据传输量，实现网络的低耗高效传输。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种节点间数据关联机会路由转发协调方法，其特征在于，包括：
基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；
对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发；
其中，第一顺序为跳数由高到低的顺序，第二顺序为秩由低到高的顺序，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点采集到的数据向量和上一节点集合转发的数据矩阵，上一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之前的节点集合；
按照第二顺序依次对节点进行数据转发，进一步包括：
对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，获取该节点的第二缓存数据矩阵，并在下一节点集合中获取该节点的候选转发集；
按照第二顺序，依次将节点的第二缓存数据矩阵转发给对应的候选转发集；
其中，下一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之后的节点集合，节点的第二缓存数据矩阵为该节点的第一缓存数据矩阵的子集，当前进行数据转发的节点集合中不同节点的第二缓存数据矩阵中不存在重复内容。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，获取该节点的第二缓存数据矩阵，进一步包括：
对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，若监听到自身的第一缓存数据矩阵与位于自身之前的节点的第一缓存数据矩阵存在重复内容，则删除自身的第一缓存数据矩阵中的重复内容，以生成第二缓存数据矩阵。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在下一节点集合中获取该节点的候选转发集，进一步包括：
在下一节点集合中，确定该节点的邻居节点集；
获取该节点到邻居节点集中每一邻居节点的连通概率；
根据连通概率的高低，依次将满足预设条件的邻居节点加入至该节点的候选转发集中，以获取该节点的候选转发集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将满足预设条件的邻居节点加入至该节点的候选转发集中，进一步包括：
分别计算该节点在第一状态的第一转发总期望能耗值和在第二状态的第二转发总期望能耗值；
若第二转发总期望能耗值小于第一转发总期望能耗值，则判定该节点对应的邻居节点满足预设条件，并将对应的邻居节点加入至该节点的候选转发集中；
其中，第一状态为将对应的邻居节点加入至候选转发集之前的状态，第二状态为将对应的邻居节点加入至候选转发集之后的状态。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，获取该节点到邻居节点集中每一邻居节点的连通概率，进一步包括：
根据无线传感器网络的概率信道模型，计算无线传感器网络中每两个节点间的连通概率；
根据每两个节点间的连通概率，构建无线传感器网络的有向连通图；
根据有向连通图，获取该节点到邻居节点集中每一邻居节点的连通概率。
6.一种节点间数据关联机会路由转发协调系统，其特征在于，包括：
节点集合排序模块，用于基于无线传感器网络中节点到sink节点的跳数，确定按照第一顺序排列的若干个节点集合，并按照第一顺序依次对节点集合进行数据转发；
节点排序模块，用于对于当前进行数据转发的节点集合，基于该节点集合中每个节点的第一缓存数据矩阵的秩，确定按照第二顺序排列的若干个节点，并按照第二顺序依次对节点进行数据转发；
其中，第一顺序为跳数由高到低的顺序，第二顺序为秩由低到高的顺序，节点的第一缓存数据矩阵包括该节点采集到的数据向量和上一节点集合转发的数据矩阵，上一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之前的节点集合；
按照第二顺序依次对节点进行数据转发，进一步包括：
对于当前进行数据转发的节点集合中任一节点，获取该节点的第二缓存数据矩阵，并在下一节点集合中获取该节点的候选转发集；
按照第二顺序，依次将节点的第二缓存数据矩阵转发给对应的候选转发集；
其中，下一节点集合为与当前进行数据转发的节点集合相邻且位于当前进行数据转发的节点集合之后的节点集合，节点的第二缓存数据矩阵为该节点的第一缓存数据矩阵的子集，当前进行数据转发的节点集合中不同节点的第二缓存数据矩阵中不存在重复内容。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器和所述存储器通过总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至5任一所述的方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至5任一所述的方法。
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