CN111194064A

CN111194064A - 数据传输方法、装置、计算机设备和存储介质

Info

Publication number: CN111194064A
Application number: CN201911075057.7A
Authority: CN
Inventors: 许蒙蒙; 王宝凤; 宋炯炯; 朱海; 杨清海
Original assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2039-11-06
Also published as: CN111194064B

Abstract

本发明适用于移动通信技术领域，提供了一种数据传输方法、装置、计算机设备和存储介质，其中，所述一种数据传输方法包括：获取目标数据；将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点；将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点。本发明实施例提供的一种数据传输方法，通过中间节点的动态选择来设计多跳路径，无需设置多个相邻节点，能够增加源节点数据传输的随机性，有效地保护源节点的位置信息，同时能量消耗小。

Description

数据传输方法、装置、计算机设备和存储介质

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，尤其涉及一种数据传输方法、装置、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着移动通信技术的发展，无线传感器网络被广泛地应用于目标追踪、野生动物监管等方面。当监管目标进入某个传感器节点的监控区域时，该节点(称为源节点)开始收集目标信息，并将数据信息以多跳的方式汇报至汇聚节点以获取目标信息。但在传统的无线传感器网络中，攻击者通过监听数据流，可以反向逐跳追踪至源节点位置，进而捕获监管的目标。为了抵御攻击者反向追踪至源节点位置，源节点的数据传输路径应当尽可能的随机、动态，以实现无线传感器网络中的源位置隐私保护。

对于无线传感器网络中的源位置隐私保护，目前的方法通常是通过在源节点附近设置多个相邻节点来进行多次数据传输，每次数据传输时以相邻节点距离源节点的最小跳数进行下一跳节点的选择，使得源节点分布在一个环形弧度内，从而构建源位置隐私保护体系。

但是，传感器节点的能量资源有限，通过在源节点附近设置多个相邻节点来进行多次数据传输以保护源节点位置的过程中，存在着能量消耗过大的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种数据传输方法、装置、计算机设备和存储介质，旨在解决现有源节点位置隐私保护方法中存在的数据传输能量消耗过大的技术问题。

本发明实施例是这样实现的：一种数据传输方法，所述方法包括：

获取目标数据，所述目标数据至少包含源节点收集的目标监控区域的目标信息；

将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点；

将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，所述汇聚节点用于接收所有的所述源节点收集的所述目标数据。

本发明实施例的另一目的在于提供一种数据传输装置，所述数据传输装置包括：

数据获取模块，用于获取目标数据，所述目标数据至少包含源节点收集的目标监控区域的目标信息；

数据处理模块，用于将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点；

数据输出模块，用于将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，所述汇聚节点用于接收所有所述源节点收集的所述目标数据。

本发明实施例的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述数据传输方法的步骤。

本发明实施例的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述数据传输方法的步骤。

本发明实施例提供的数据传输方法包括获取目标数据、将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点以及将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点的步骤，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点，综合了考虑数据传输的动态路由和源节点位置隐私保护要求，以及数据在传输过程中的能量消耗，通过中间节点的动态选择来设计多跳路径，无需设置多个相邻节点，能够有效地抵御攻击者反向追踪源节点位置，并降低数据传输的能量消耗，可用于无线传感器网络中，能够增加源节点数据传输的随机性，有效地保护源节点的位置信息，同时能量消耗小，避免了过度的能量消耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的数据传输方法的应用环境图；

图2为本发明实施例提供的数据传输方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的数据传输装置的结构框图；

图4为本发明实施例提供的数据传输方法中的通信距离对传输跳数的影响关系图；

图5为本发明实施例提供的数据传输方法中的通信距离对能量消耗的影响关系图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx 脚本。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

图1为本发明实施例提供的数据传输方法的应用环境图，如图1所示，在该应用环境中，包括由若干个物理网络节点组成的一个完整的网络。

所述物理网络节点可以是数据电路端接设备，如调制解调器、集线器、桥接器或交换机；也可以是一个数据终端设备，如数字手机，打印机或主机，所述主机可以是路由器、工作站、服务器或无线传感器；还可以是智能终端，如笔记本电脑等计算机设备，也可以是便于携带的智能终端，如平板电脑、掌上电脑、智能眼镜、智能手表、智能手环、智能音箱等，但并不局限于此，可用于采集监测数据和数据的转换、管理、处理和传输。

所述网络中的任意两个物理网络节点之间可以通过有线网络或者无线网络进行连接，本发明在此不做限制。

作为本发明一种实施例提供的应用场景，在野生动物监管时，当监管目标进入所述网络中的某个物理网络节点的监控区域时，该节点作为源节点开始收集目标信息，并将目标信息传输至汇聚节点，所述汇聚节点为所述网络中用于接收所有的所述源节点收集的所述目标数据的物理网络节点。而在本发明实施例中，所述源节点为当监管目标进入所述网络中的某个物理网络节点的监控区域时的该某个物理网络节点，当源节点获取目标数据后，源节点将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点，所述中间节点将所述目标数据按照预设路径传输至汇聚节点，无需通过在源节点附近设置多个相邻节点来进行多次数据传输以保护源节点位置，只需要通过随机选择中间节点来增加源节点数据传输的随机性，有效地保护源节点的位置信息，同时降低了数据传输的能量消耗。

如图2所示，在一个实施例中，提出了一种数据传输方法，本实施例主要以该方法应用于上述图1中的由若干个物理网络节点组成的一个完整的网络来举例说明。

本发明实施例提供了一种数据传输方法，具体可以包括以下步骤，如图2 所示：

在步骤S202中，获取目标数据，所述目标数据至少包含源节点收集的目标监控区域的目标信息。

在本发明实施例中，所述目标信息可以是目标追踪中需要追踪的嫌疑人的身份信息和位置信息，或者是野生动物监管中需要监管的不同种类的野生动物的种类信息和位置信息，还可以是车辆定位中需要定位车辆的车牌信息和位置信息，当然，根据用户的实际需求情况，目标信息的具体内容可以根据用户的设置进行改变；当目标进入网络中的某个物理网络节点的监控区域时，该节点作为源节点开始收集目标信息，所述源节点可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)等基础云计算服务的云服务器。

作为本发明一种实施例，所述物理网络节点为基于动态多路径路由的传感器节点，通过多个传感器节点组成无线传感器网络，可以被应用于目标追踪、野生动物监管等方面，所述传感器节点是无线传感器网络的基本功能单元，作为一种微型嵌入式设备，所述传感器节点基本组成模块有：传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分，因此，所述传感器节点具有完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作的能力，可以将网络中的一个物理网络节点作为源节点，当监管目标进入某个传感器节点的监控区域时，该节点则作为源节点收集所述目标监控区域的目标信息。

作为本发明又一种实施例，所述源节点为当目标进入所述网络中的某个物理网络节点的监控区域时用于收集所述监控区域的目标信息的物理网络节点，同一时刻，所述源节点可以是一个，也可以是多个，当所述源节点为多个时，可以同时监控多个目标，进而可以同时收集多组目标数据。

本发明实施例通过网络中的任一物理网络节点来获取目标数据，所述目标数据至少包含源节点收集的目标监控区域的目标信息，可以通过调节在网络中设置的物理网络节点数量来根据需要增加或减小监控区域的范围，适用性强。

在步骤S204中，将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点。

在本发明实施例中，所述最小跳数路由为最佳路由，即能以最小跳数到达某目的网络的路由，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点，其中，所述网络中的若干个物理网络节点包括源节点与汇聚节点，除所述源节点与所述汇聚节点外的其他物理网络节点可以作为中间节点，例如，所述中间节点可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器，当然，根据用户的实际需求情况，用户可以设置所述网络中的任意范围内的多个物理网络节点来供随机选择作为中间节点，例如，根据以源节点为圆心且以一定的距离为半径的圆形区域内存在的所有物理网络节点来供随机选择作为中间节点，或者根据源节点位置划分一个矩形区域，所述矩形区域内的所有物理网络节点均可以供随机选择作为中间节点，还可以是其他的根据源节点确定的一定范围内的所有物理网络节点。

作为本发明又一种实施例，所述中间节点的位置处于以所述源节点位置为圆心，且内圆半径为危险距离d_danger以及外圆半径为2d_danger的圆环内，其中，所述危险距离d_danger为当攻击者与所述源节点的距离小于该d_danger时攻击者可以定位所述源节点位置的距离大小，在实际设计时，所述中间节点的偏向角θ不超过固定值θ₀。

具体的，如图1所示，在一个实施例中，所述中间节点的偏向角θ由以下两条线段构成：所述源节点至所述汇聚节点连线、所述源节点至所述中间节点连线，所述固定值θ₀的设定一般是锐角，优选的，所述固定值θ₀的大小为30°-80° 的范围，通过这种设计，可以减少所述源节点通过所述中间节点传输目标数据至所述汇聚节点的路径。

作为本发明又一种实施例，为将所述目标数据从所述源节点传输至中间节点，采用了基于最小跳数的路由协议,每个节点只需记忆自己的转发节点集,网络中的数据都是沿着最短路径进行传输，通过将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至所述中间节点，减少了数据传输至所述汇聚节点之前的能量消耗。

具体的，所述目标数据在传输时采用的能量消耗模型为

其中，d_ij表示收发节点之间的距离，E_elec表示单跳传输的收发节点电路能耗，ε表示功率放大因子，均可以采用现有技术进行获得，所述收发节点之间的距离即所述源节点与所述汇聚节点之间的距离。

作为本发明又一种实施例，所述目标数据可以是直接存储在所述源节点中以将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，也可以通过网络与所述计算机设备通信连接，所述计算机设备获取所述目标数据，然后将所述目标数据以最小跳数路由传输至中间节点。所述计算机设备可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器，还可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表等，但并不局限于此。

作为本发明又一种实施例，所述目标数据可以部分或全部包含源节点收集的目标监控区域的目标信息，为实现数据的安全性，将目标信息通过加密的方式生成加密的目标信息，当然，所述目标数据也可以包含加密的目标信息。

本发明实施例通过将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，而且所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点，由于采用了基于最小跳数的路由协议，每个节点只需记忆自己的转发节点集,网络中的数据都是沿着最短路径进行传输，通过将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至所述中间节点，减少了数据传输至所述汇聚节点之前的能量消耗，而且由于所述中间节点为按概率在网络中随机选择的一个物理网络节点，增加了所述源节点至所述中间节点之间数据传输的随机性，能够有效地保护源节点的位置信息，同时避免过度的能量消耗。

在步骤S206中，将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，所述汇聚节点用于接收所有的所述源节点收集的所述目标数据。

在本发明实施例中，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，所述最短路算法可以是Dijkstra算法，或者是 Bellman-Ford算法，还可以是Floyd-Warshall算法，所述汇聚节点可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器，还可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表等，但并不局限于此。

作为本发明一种实施例，所述最短路算法为Dijkstra算法，具体流程如下：

1)能耗权值计算：若两节点在彼此的覆盖范围内，计算相应链路的能量消耗；若两节点之间不存在链路，定义其能耗值为无穷大；

2)初始化：定义所述源节点为s，汇聚节点为d，对所有j＝1,2,...,n，

再令i＝s，C(i)＝0，N＝{i}，这里R(j)表示源节点s至任一节点j的最短路径所包含的链路集合，C(j)为该最短路径上的能量消耗，N为已访问节点集合；

3)令temp＝∞，j∈V-N，记l＝(i,j)，若C(i)+E(≤1)，则 R(j)＝R(i)∪l，C(j)＝C(i)+E(l)，若C(j)≤temp，则temp＝C(j)，i′＝j，令 i＝i′，N＝N∪{i}；

4)重复步骤3)，直到d∈N，R(d)表示源节点s至汇聚节点d的最短路径所包含的链路集合。

作为本发明又一种实施例，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，当然，也可以根据数据传输的需求来采用其他的算法进行生成传输路径，例如，根据数据传输效率的需求来生成所述预设路径，即基于传输过程中有效数据和传输的总数据之间的比值，其中，本层的传输效率为上层传送下来的数据除以本层向下层传送的数据，数据传输效率为应用层数据总量除以最底层发送数据总量，进而可以生成数据传输效率最高的一条或多条路径，当只有一条路径时，可以直接进行数据传输，当有多条路径时，可以随机进行选择一条路径进行数据传输。

作为本发明又一种实施例，所述源节点在每一个所述目标数据传输之前动态地随机选择一个传感器节点作为所述中间节点，并将所述目标数据以最小跳数路由传输至所述中间节点，基于所述源节点位置信息泄露的可能性以及数据传输的能量消耗，根据最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的多条能耗最低的路径，所述中间节点至所述汇聚节点的数据传输将随机从多条路径中随机选择一条进行。

作为本发明又一种实施例，所述由若干个物理网络节点组成的一个完整的网络也可以是包括终端、由若干个物理网络节点组成的一个完整的网络以及计算机设备，所述终端作为所述汇聚节点，所述计算机设备作为所述源节点，且所述终端与所述计算机设备均可以与所述网络无线通信。

本发明实施例通过按照预设路径将所述目标数据从所述中间节点传输至汇聚节点，无需通过在源节点附近设置多个相邻节点来进行多次数据传输以保护源节点位置，只需要通过随机动态选择中间节点来增加源节点数据传输的随机性，有效地保护源节点的位置信息，同时根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径为最低能耗路径，避免了多次的数据传输，降低了数据传输的能量消耗。

本发明实施例综合了考虑数据传输的动态路由和源节点位置隐私保护要求，以及数据在传输过程中的能量消耗，通过中间节点的动态选择来设计多跳路径，能够增加源节点数据传输的随机性，无需设置多个相邻节点，能够有效地抵御攻击者反向追踪源节点位置，并降低数据传输的能量消耗，同时根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径为最低能耗路径，避免了多次数据传输，降低了数据传输的能量消耗，即在有效地保护源节点位置信息的基础上，避免了过度的能量消耗。

本发明实施例提供的数据传输方法中，所述传输路径的生成包括：

根据所述中间节点至所述汇聚节点数据传输最优的跳数h_opt计算所述中间节点与所述汇聚节点之间的最佳路径数目k，所述最优的跳数h_opt根据所述中间节点至所述汇聚节点单跳传输的电路能耗进行计算；

根据所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的多条节点不交的最低能耗路径，所述最低能耗路径根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离进行判断，所述最低能耗路径的数量根据所述最佳路径数目k的数值确定；

随机选择所述最低能耗路径中的任意一条作为所述传输路径。

在本发明实施例中，所述中间节点至所述汇聚节点数据传输最优的跳数h_opt可以是根据数据传输耗能最少时对应的跳数，也可以是数据传输效率最高时对应的跳数，还可以是根据所述中间节点至所述汇聚节点单跳传输的电路能耗进行计算；根据所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的多条节点不交的最低能耗路径，所述最低能耗路径根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离进行判断，例如，根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离以及对应的路径耗能高低来进行判断，所述最低能耗路径的数量根据所述最佳路径数目k的数值确定，例如，所述最低能耗路径的数量可以是所述最佳路径数目k 的整数倍。

作为本发明一种实施例，所述最佳路径数目k依据最低能耗准则确定，通过计算所述源节点目标位于所述目标监控区域的时间与所述中间节点至汇聚节点数据传输最优的跳数的对应关系来确定。

本发明实施例通过根据最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的多条节点不交的最低能耗路径传输路径，然后，所述中间节点按概率随机选择其中任意一条路径将所述目标数据传输至汇聚节点，配合所述源节点在每一个所述目标数据传输之前动态地随机选择一个传感器节点作为所述中间节点，并将所述目标数据以最小跳数路由传输至所述中间节点，可以基于所述源节点位置信息泄露的可能性以及数据传输的能量消耗，通过动态中间节点的选择、多跳路径的随机选择，增加了源节点数据传输的随机性，能够有效地保护源节点的位置信息，同时避免过度的能量消耗。

本发明实施例提供的数据传输方法中，所述最佳路径数目k通过公式 k≥λT/h_opt计算，其中，λ表示信息生成率，T表示所述源节点目标位于所述目标监控区域的时间，所述最佳路径数目k取值大于λT/h_opt即可，实际中为减少计算复杂度，取最小的整数k，在此情况下，可以将上述公式改写成一个

在本发明实施例中，通过计算获取所述中间节点与汇聚节点之间的最佳路径数目k，这里，所述最佳路径数目k的计算公式采用k≥λT/h_opt，通过将信息生成率与所述源节点目标位于所述目标监控区域的时间进行相乘，在除以所述中间节点至汇聚节点数据传输最优的跳数来得到一个数值。

作为本发明一种实施例，由于实际中所述最佳路径数目k为整数，因此需要根据计算得到的数值进行调整，即当计算得到的数值为整数时，所述最佳路径数目k即为计算得到的数值，当计算得到的数值为非整数时，所述最佳路径数目k即为计算得到的数值减去非整数中对应的小数得到中间值，在该中间值的基础上再加一得到所述最佳路径数目k。

本发明实施例通过将信息生成率与所述源节点目标位于所述目标监控区域的时间以及所述中间节点至汇聚节点数据传输最优的跳数作为参数综合计算，得到一个可综合评价数据传输过程中信息生成率、时间以及跳数情况的路径数目，可以在根据所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的最低能耗路径前先确定所述最低能耗路径的数目，所述最低能耗路径的数量根据所述最佳路径数目k的数值确定，减少了采用所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的最低能耗路径时的计算量。

本发明实施例提供的数据传输方法中，所述最优的跳数h_opt采用如下公式进行计算，

其中，d表示所述中间节点至所述汇聚节点的距离，E_elec表示单跳传输的收发节点电路能耗，ε表示功率放大因子。

在本发明实施例中，依据最低能耗准则确定最优的跳数，所述中间节点至所述汇聚节点的距离可以是欧氏距离，也可以是余弦距离，还可以是明可夫斯基距离，所述单跳传输是直接从信源到信宿的一次传输，所述收发节点是数据向下一跳传输的节点，所述功率放大因子根据所述物理网络节点确定，一般选择1-100pJ/bit/m²。

作为本发明一种实施例，所述最优的跳数h_opt可以是通过所述中间节点进行计算得到，也可以是所述汇聚节点进行计算得到，所述中间节点与汇聚节点均可以是数据电路端接设备，如调制解调器、集线器、桥接器或交换机；也可以是一个数据终端设备，如数字手机，打印机或主机，所述主机可以是路由器、工作站、服务器或无线传感器；还可以是智能终端，如笔记本电脑等计算机设备，也可以是便于携带的智能终端，如平板电脑、掌上电脑、智能眼镜、智能手表、智能手环等，当所述中间节点为无线传感器时，该无线传感器是一个独立的传感器节点，作为一种微型嵌入式设备，所述传感器节点基本组成模块有：传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分，因此，所述传感器节点具有完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求和节点控制等多种工作的能力，当目标进入传感器节点的监控区域时，也可以在作为中间节点的同时作为另一个数据传输中的源节点来收集所述监控区域的目标信息。

本发明实施例通过采用公式

计算得到最优的跳数h_opt，综合考虑了功率放大因子、单跳传输的收发节点电路能耗以及所述中间节点至所述汇聚节点的距离的影响，对于后续的根据所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的最低能耗路径过程可以提前确定所述最低能耗路径的数目，减少了采用所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的最低能耗路径时的计算量。

本发明实施例提供的数据传输方法中，所述最低能耗路径的数量与所述最佳路径数目k的数值相同，所述最低能耗路径按如下方式生成：

步骤一、运行所述最短路算法根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离得到所述中间节点至所述汇聚节点的第一最低能耗路径π₁；

步骤二、删除所述第一最低能耗路径π₁中除去所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点以及除去与所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点关联的链路后，再次运行所述最短路算法根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离生成所述中间节点至所述汇聚节点的第二最低能耗路径π₂；

步骤三、所述最低能耗路径中除去所述第一最低能耗路径π₁与所述第二最低能耗路径π₂之外的所有路径均依据步骤二中的所述第二最低能耗路径π₂的生成方法生成；

在本发明实施例中，所述最短路算法可以是Dijkstra算法、Bellman-Ford 算法或Floyd-Warshall算法中的一种，所述最低能耗路径的数量是根据所述最佳路径数目k的数值进行确定的，也就是说，所述最低能耗路径的数量也是随着信息生成率、所述源节点目标位于所述目标监控区域的时间以及所述中间节点至汇聚节点数据传输最优的跳数的数值变化进行变化的，所述第一最低能耗路径π₁是第一次运行所述最短路算法根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离得到的所述中间节点至所述汇聚节点的数据传输耗能最低的传输路径，然后删除所述第一最低能耗路径π₁中除去所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点以及除去与所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点关联的链路后，第二次运行所述最短路算法根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离生成所述中间节点至所述汇聚节点的第二最低能耗路径π₂，即为除去所述第一最低能耗路径π₁外的所述中间节点至所述汇聚节点的数据传输耗能最低的传输路径，然后删除所述第一最低能耗路径π₁中除去所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点以及除去与所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点关联的链路后，第二次运行所述最短路算法根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离生成所述中间节点至所述汇聚节点的第二最低能耗路径π₂，即为除去所述第一最低能耗路径π₁外的所述中间节点至所述汇聚节点的数据传输耗能最低的传输路径，以此类推，直到生成k条节点不交的路径，采用这种方式生成的多条路径的节点之间是不相交的，因此是k条节点不交的路径。

作为本发明一种实施例，所述数据传输方法中涉及的实体，这些实体之间的联系，以及实现该种联系各实体所需工作共同构成一个系统模型。当所述系统模型为由若干个物理网络节点组成的一个完整的网络时，所述网络中的若干个物理网络节点包括源节点与汇聚节点，除所述源节点与所述汇聚节点外的其他物理网络节点可以作为中间节点，所述源节点用于收集目标监控区域的目标信息，所述汇聚节点用于接收所有的所述源节点收集的所述目标数据。

作为本发明又一种实施例，所述数据传输方法中的数据传输采用的能量消耗模型为

其中d_ij表示收发节点之间的距离。根据修改的最短路算法生成所述中间节点至所述汇聚节点的k条节点不交的路径π₁,π₂,…,π_k。具体的，在网络图上运行最短路算法根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离得到所述中间节点至所述汇聚节点的第一最低能耗路径π₁；删除所述第一最低能耗路径π₁中除去所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点以及除去与所述中间节点与所述汇聚节点之外所有的节点关联的链路后，再次运行最短路算法得到次低能耗的路径π₂。以此类推，直到生成k条路径。

本发明实施例通过根据最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的多条节点不交的最低能耗路径传输路径，然后，所述中间节点按概率随机选择其中任意一条路径将所述目标数据传输至汇聚节点，可以基于所述源节点位置信息泄露的可能性以及数据传输的能量消耗，通过多跳路径的随机选择，增加了源节点数据传输的随机性，能够有效地保护源节点的位置信息，同时避免过度的能量消耗。

本发明实施例提供的数据传输方法中，所述中间节点的位置处于以所述源节点位置为圆心，且内圆半径为危险距离d_danger以及外圆半径为2d_danger的圆环内，其中，所述危险距离d_danger为当攻击者与所述源节点的距离小于该d_danger时攻击者可以定位所述源节点位置的距离大小。

在本发明实施例中，在所述网络中随机选择一个物理网络节点作为中间节点时，所述中间节点的位置处于以所述源节点位置为圆心，以危险距离d_danger以及2d_danger为半径的圆环内。其中，危险距离d_danger是指当攻击者(无线传感器网络中，攻击者通过监听数据流，可以反向逐跳追踪至源节点位置，进而捕获监管的目标)与所述源节点的距离小于该值时，攻击者可以定位源节点位置的距离，所述中间节点可以是数据电路端接设备，如调制解调器、集线器、桥接器或交换机；也可以是一个数据终端设备，如数字手机，打印机或主机，所述主机可以是路由器、工作站、服务器或无线传感器；还可以是智能终端，如笔记本电脑等计算机设备，也可以是便于携带的智能终端，如平板电脑、掌上电脑、智能眼镜、智能手表、智能手环、智能音箱等，但并不局限于此。

作为本发明一种实施例，所述中间节点随机选择其中一条路径将所述目标数据传输至汇聚节点时，由于所述中间节点是按概率选择其中一条路径将所述目标数据传输至汇聚节点，增加了所述源节点至所述汇聚节点之间数据传输的随机性，能够有效地保护源节点的位置信息，同时避免过度的能量消耗。这里，所述中间节点选择路径π_i的概率为

其中h_i是路径π_i的跳数。

本发明实施例通过将所述中间节点的位置设置在处于以所述源节点位置为圆心，且内圆半径为危险距离d_danger以及外圆半径为2d_danger的圆环内，可以在360° 全方位进行数据传输，保证了数据传输范围的最大化。

在一个实施例中，如图4-5所示，上述的数据传输方法的效果可通过以下实施例进一步说明：

1)数据传输条件

在本发明实施例中，在500×500m²的平面区域内部署300个传感器节点，300 个传感器节点之间无线通讯连接构成网络，所述汇聚节点位于该区域的中心位置，即选择该区域的中心位置的传感器节点作为所述汇聚节点，可以将网络中的一个传感器节点作为源节点，当监管目标进入某个传感器节点的监控区域时，该节点则作为源节点收集所述目标监控区域的目标信息。

在进行数据传输时，目标数据的传输范围为60m，目标数据长度2048bits，电路能耗E_elec为10nJ/bit，功率放大系数ε为10pJ/bit/m²，所述目标数据生成数量λT为15个目标数据。如无特别说明，其它参数见表1。

表1数据传输参数表

参数	参数值
		传输范围	60m
目标数据长度	2048bits
		电路能耗E<sub>elec</sub>	10nJ/bit
功率放大系数ε	10pJ/bit/m<sup>2</sup>
		数据生成数量λT	15个目标数据

2)数据传输内容和结果

在本发明实施例中，实验考察所述源节点与所述汇聚节点之间的通信距离对能量消耗以及平均传输跳数的影响。其中，所述源节点与所述汇聚节点之间的通信距离从120m变化至240m，误差15m，采用上述的数据传输方法并将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为所述网络中随机的一个传感器节点。同时，采用网络混合环(NMR:Network Mix-Ring)方法作为对比例进行比较，所述网络混合环方法的参数值与表1相同，具体的，参照表1中的参数值来采用网络混合环方法进行实验考察所述源节点与所述汇聚节点之间的通信距离对能量消耗以及平均传输跳数的影响，其中，共设置两组环节点(RN:Ring Node)，即设置环节点为24的NMR(24RNs)实验组和环节点为30的NMR(30RNs)实验组。

在本发明实施例中，如图4所示，为源、汇聚节点之间的通信距离与能量消耗的关系图。从图中可以看出，本发明实施例的数据传输方法能够得到更为能量高效的动态随机路径，而网络混合环方法则有着显著高的能量消耗。此外，网络混合环方法的能量消耗较为平稳，即使源节点距离汇聚节点很近；而本发明实施例的数据传输方法在距离较小时能耗更低。

在本发明实施例中，如图5所示，为源、汇聚节点之间的通信距离对传输跳数的影响关系图。可以看出，传输跳数从某种程度上反映了数据收集的时延。类似地，本发明实施例的数据传输方法具有最小的传输跳数，即该方法的数据收集时延将显著低于混合环路由。

如图3所示，在一个实施例中，提供了一种数据传输装置，所述数据传输装置可以集成于上述的网络中，具体可以包括数据获取模块310、数据处理模块 320和数据输出模块330。

数据获取模块310，用于获取目标数据，所述目标数据至少包含源节点收集的目标监控区域的目标信息。

数据处理模块320，用于将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点。

数据输出模块330，用于将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，所述汇聚节点用于接收所有所述源节点收集的所述目标数据。

在本发明实施例中，所述数据获取模块310、数据处理模块320和数据输出模块330均可以是数据电路端接设备，如调制解调器、集线器、桥接器或交换机；也可以是一个数据终端设备，如数字手机，打印机或主机，所述主机可以是路由器、工作站、服务器或无线传感器；还可以是智能终端，如笔记本电脑等计算机设备，也可以是便于携带的智能终端，如平板电脑、掌上电脑、智能眼镜、智能手表、智能手环、智能音箱等，但并不局限于此，可用于采集监测数据和数据的转换、管理、处理和传输，所述数据获取模块310、数据处理模块 320和数据输出模块330均存储有操作系统，用于处理各种基本系统服务和用于执行硬件相关任务的程序；还存储有应用软件，用于实现本发明实施例中的数据输出方法的步骤。

数据传输装置可执行如上述任一实施例中提供的数据输出方法的步骤，其中，本发明实施例提供了一种数据传输方法，所述方法包括如下步骤，如图2 所示：

在本发明实施例中，所述目标信息可以是目标追踪中需要追踪的嫌疑人的身份信息和位置信息，或者是野生动物监管中需要监管的不同种类的野生动物的种类信息和位置信息，还可以是车辆定位中需要定位车辆的车牌信息和位置信息，当然，根据用户的实际需求情况，目标信息的收集可以是用户设置的任意类型的操作；当目标进入网络中的某个物理网络节点的监控区域时，该节点作为源节点开始收集目标信息，所述源节点可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN等基础云计算服务的云服务器。

在本发明实施例中，所述最小跳数路由为最佳路由，即能以最小跳数到达某目的网络的路由，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点，其中，所述网络中的若干个物理网络节点包括源节点与汇聚节点，除所述源节点与所述汇聚节点外的其他物理网络节点可以作为中间节点，例如，所述中间节点可以是独立的物理服务器或终端，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群，可以是提供云服务器、云数据库、云存储和CDN(Content Delivery Network，内容分发网络)等基础云计算服务的云服务器，当然，根据用户的实际需求情况，用户可以设置所述网络中的任意范围内的多个物理网络节点来供随机选择作为中间节点，例如，根据以源节点为圆心且以一定的距离为半径的圆形区域内存在的所有物理网络节点来供随机选择作为中间节点，或者根据源节点位置划分一个矩形区域，所述矩形区域内的所有物理网络节点均可以供随机选择作为中间节点，还可以是其他的根据源节点确定的一定范围内的所有物理网络节点。

具体的，所述目标数据在传输时采用的能量消耗模型为

作为本发明一种实施例，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，当然，也可以根据数据传输的需求来采用其他的算法进行生成传输路径，例如，根据数据传输效率的需求来生成所述预设路径，即基于传输过程中有效数据和传输的总数据之间的比值，其中，本层的传输效率为上层传送下来的数据除以本层向下层传送的数据，数据传输效率为应用层数据总量除以最底层发送数据总量，进而可以生成数据传输效率最高的一条或多条路径，当只有一条路径时，可以直接进行数据传输，当有多条路径时，可以随机进行选择一条路径进行数据传输。

本领域技术人员可以理解，图3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

作为本发明一种实施例，所述数据传输装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该数据传输装置的各个程序模块，比如，图3所示的数据获取模块310、数据处理模块320和数据输出模块330。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器可执行本说明书中描述的本申请各个实施例的数据传输方法中的步骤。

作为本发明又一种实施例，所述数据传输方法中涉及的实体，这些实体之间的联系，以及实现该种联系各实体所需工作共同构成一个系统模型。当所述系统模型为由若干个物理网络节点组成的一个完整的网络时，所述网络中的若干个物理网络节点包括源节点与汇聚节点，除所述源节点与所述汇聚节点外的其他物理网络节点可以作为中间节点，所述源节点用于收集目标监控区域的目标信息，所述汇聚节点用于接收所有的所述源节点收集的所述目标数据。

在一个实施例中，所述数据传输装置还包括路径生成模块，所述路径生成模块用于根据最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径；

其中，所述传输路径的生成包括以下步骤：

根据所述最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的多条节点不交的最低能耗路径，所述最低能耗路径根据所述中间节点与所述汇聚节点之间的距离进行判断，所述最低能耗路径的数量与所述最佳路径数目k的数值相同；

随机选择所述最低能耗路径中的任意一条作为所述传输路径，这里，所述中间节点选择路径π_i的概率为

其中h_i是路径π_i的跳数。

在本发明实施例中，所述最优的跳数h_opt采用如下公式进行计算，

在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例中的数据传输方法的步骤。

该计算机设备具体可以是终端或服务器，也可以是由若干个物理网络节点组成一个完整的无线网络，具体的，在数据通信中，一个物理网络节点可以是数据电路端接设备(DCE)，如调制解调器、集线器、桥接器或交换机；也可以是一个数据终端设备(DTE)，如数字手机，打印机或主机(例如路由器、工作站或服务器)。当该物理网络节点为计算机设备时，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现所述数据传输方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行数据传输方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

作为本发明又一种实施例，所述计算机设备可以通过如图3所示的数据传输装置中的数据获取模块310执行步骤S202，获取目标数据，所述目标数据至少包含源节点收集的目标监控区域的目标信息。计算机设备可通过数据处理模块320执行步骤S204，将所述目标数据从所述源节点以最小跳数路由传输至中间节点，所述中间节点为网络中随机的一个物理网络节点。计算机设备可通过数据输出模块330执行步骤S206，将所述目标数据从所述中间节点按照预设路径传输至汇聚节点，所述预设路径为根据最短路算法生成的从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径，所述汇聚节点用于接收所有的所述源节点收集的所述目标数据。

另外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述数据传输方法的步骤。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到一起，或一些模块可以忽略，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器 (RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM (DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传输路径的生成包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述最佳路径数目k按照公式k≥λT/h_opt进行计算，其中，λ表示信息生成率，T表示所述源节点目标位于所述目标监控区域的时间。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述最优的跳数h_opt的计算公式为

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述最低能耗路径的数量与所述最佳路径数目k的数值相同，所述最低能耗路径按如下方式生成：

步骤三、所述最低能耗路径中除去所述第一最低能耗路径π₁与所述第二最低能耗路径π₂之外的所有路径均依据步骤二中的所述第二最低能耗路径π₂的生成方法生成。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间节点的位置处于以所述源节点位置为圆心，且内圆半径为危险距离d_danger以及外圆半径为2d_danger的圆环内，其中，所述危险距离d_danger为当攻击者与所述源节点的距离小于该d_danger时攻击者可以定位所述源节点位置的距离大小。

7.一种数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置包括：

8.根据权利要求7所述的数据传输装置，其特征在于，所述数据传输装置还包括路径生成模块，所述路径生成模块用于根据最短路算法生成从所述中间节点到所述汇聚节点的传输路径；

其中，所述传输路径的生成包括以下步骤：

9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任一项权利要求所述数据传输方法的步骤。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至6中任一项权利要求所述数据传输方法的步骤。