CN112867020B - 一种无线传感器网络传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络传输方法，属于无线传感器网络技术领域，该传输方法具体步骤如下：(1)网络部署；(2)传感监测；(3)拥塞检测；(4)拥塞控制；(5)数据压缩处理；(6)数据传输；本发明根据传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率对无线传感器网络数据传输速率进行实时检测，判断信道拥塞状况，并且利用PCCP协议进行无线传感器网络拥塞控制，有利于在流量突发传输情况时保障网络通信效率；并且本发明利用Harr小波和哈夫曼编码将采集到的监测数据进行无损压缩，进而有利于提高无线传感器网络的传输吞吐量。

Description

一种无线传感器网络传输方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络传输方法。
背景技术
经检索，中国专利号CN102571291A公开了一种无线传感器网络节点间的数据传输方法，该发明结构简单，虽然能够降低数据传输出错概率，提高数据发送的成功率，但无法在流量突发传输状态时，保障网络通信效率；无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)，是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被监测对象的信息，并且发送给观察者；而对于监测类无线传感器网络，在发生触发事件时，网络会呈现相关流量突发传输状态，即在一段低流量的空闲周期后，多个节点同时向汇聚节点传输大量数据；在这种情况下，严重的信道碰撞会增加节点能耗及数据传输延时，降低了网络通信效率和网络生存周期；因此，发明出一种无线传感器网络传输方法变得尤为重要；
现有的无线传感器网络传输方法，大多是应对于数据采集型无线传感器网络进行方法设计的，而面对监测类无线传感器网络时，无法应对流量突发传输情况，容易增加节点能耗及数据传输延时，降低了网络通信效率和网络生存周期；为此，我们提出一种无线传感器网络传输方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种无线传感器网络传输方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无线传感器网络传输方法，该传输方法具体步骤如下：
(1)网络部署：将若干个传感器节点部署于目标监测区域，同时设置汇聚节点和PC端，实现无线传感器网络的整体部署；
(2)传感监测：利用步骤(1)中的若干个传感器节点对目标监测区域进行实时监测，获取若干个监测数据；
(3)拥塞检测：根据信道传输能力设置传输速率标准，并根据传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率对无线传感器网络数据传输速率进行实时检测，判断信道拥塞状况；
(4)拥塞控制：当检测到的无线传感器网络数据传输速率大于传输速率标准时，利用PCCP协议进行无线传感器网络拥塞控制；
(5)数据压缩处理：利用数据压缩算法对经过拥塞控制后的数据进行无损数据压缩处理；
(6)数据传输：将经过压缩处理后的数据发送至PC端，实现无线传感器网络数据的高效率传输。
进一步地，步骤(1)所述传感器节点主要包括数据采集单元、数据分析处理单元、无线通信单元、存储单元、定位单元和电源；所述汇聚节点具体为网络协调器，主要包括微处理器系统、射频模块、通信接口和电源；所述射频模块用于收发传感器节点检测到的监测数据；所述通信接口用于与PC端进行通信；所述微处理器系统用于控制整个无线传感器网络。
进一步地，步骤(3)所述传输速率标准通过香农公式计算得到，其具体计算公式如下：
C＝Blog2(1+S/N) (1)
式中：C为信道最大传输速率；B为带宽；S/N为信噪比。
进一步地，所述拥塞检测过程具体如下：
S1：利用香农公式计算所部署的无线传感器网络的信道最大传输速率；并依此作为传输速率标准；
S2：计算传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率；
S3：将传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率与传输速率标准作比较；若传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率大于传输速率标准，则判断信道拥堵。
进一步地，所述PCCP协议用于赋予每个传感器节点不同的优先权，以此来反映节点的重要性,并基于优先权调整传感器节点的速率和流量进行拥塞控制；所述拥塞控制过程具体如下：
SS1：当检测到信道拥堵时，传感器节点会计算汇聚节点的拥塞度,然后结合自己的优先权、总流量优先权和子节点数,计算和调节自身的发送速率；
SS2：当汇聚节点拥塞度较小时，传感器节点会增大自己的发送速率,当拥塞度较大时，传感器节点会降低发送速率；并在调节发送速率后,根据自己的总流量优先权和自身的优先权,调节自身的数据产生速率。
进一步地，所述数据压缩处理过程具体如下：
SSS1：对收集传感器节点采集到的监测数据；
SSS2：对监测数据进行预处理，得到高频数据和低频数据；
SSS3：对于高频数据利用Harr小波进行数据压缩；对于低频数据利用哈夫曼编码进行数据压缩。
进一步地，步骤SSS2所述预处理具体过程如下：
SSSS1：利用差放大器对监测数据进行放大处理；
SSSS2：采用高通滤波器和低通滤波器对经过SSSS1放大处理后监测数据进行去噪处理，同时区分出高频数据和低频数据部分。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、该无线传感器网络传输方法，将传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率与传输速率标准作比较；若传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率大于传输速率标准，则判断信道拥堵，实现了对无线传感器网络流量突发传输的情况实时监测；并且采用PCCP协议赋予每个传感器节点不同的优先权，以此来反映节点的重要性,并基于优先权调整传感器节点的速率和流量进行拥塞控制，有利于无线传感器网络通信效率；
2、该无线传感器网络传输方法，对收集传感器节点采集到的监测数据利用差放大器对监测数据进行放大处理，并采用高通滤波器和低通滤波器对其进行去噪处理，同时区分出高频数据和低频数据部分，有利于保障数据传输的准确性，并且本发明利用Harr小波和哈夫曼编码将采集到的监测数据进行无损压缩，进而有利于提高无线传感器网络的传输吞吐量。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种无线传感器网络传输方法的整体流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1，一种无线传感器网络传输方法，该传输方法具体步骤如下：
(1)网络部署：将若干个传感器节点部署于目标监测区域，同时设置汇聚节点和PC端，实现无线传感器网络的整体部署；
(2)传感监测：利用步骤(1)中的若干个传感器节点对目标监测区域进行实时监测，获取若干个监测数据；
(3)拥塞检测：根据信道传输能力设置传输速率标准，并根据传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率对无线传感器网络数据传输速率进行实时检测，判断信道拥塞状况；
(4)拥塞控制：当检测到的无线传感器网络数据传输速率大于传输速率标准时，利用PCCP协议进行无线传感器网络拥塞控制；
(5)数据压缩处理：利用数据压缩算法对经过拥塞控制后的数据进行无损数据压缩处理；
(6)数据传输：将经过压缩处理后的数据发送至PC端，实现无线传感器网络数据的高效率传输。
步骤(1)传感器节点主要包括数据采集单元、数据分析处理单元、无线通信单元、存储单元、定位单元和电源；汇聚节点具体为网络协调器，主要包括微处理器系统、射频模块、通信接口和电源；射频模块用于收发传感器节点检测到的监测数据；通信接口用于与PC端进行通信；微处理器系统用于控制整个无线传感器网络。
步骤(3)传输速率标准通过香农公式计算得到，其具体计算公式如下：
C＝Blog2(1+S/N) (1)
式中：C为信道最大传输速率；B为带宽；S/N为信噪比。
拥塞检测过程具体如下：
S1：利用香农公式计算所部署的无线传感器网络的信道最大传输速率；并依此作为传输速率标准；
S2：计算传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率；
S3：将传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率与传输速率标准作比较；若传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率大于传输速率标准，则判断信道拥堵。
PCCP协议用于赋予每个传感器节点不同的优先权，以此来反映节点的重要性,并基于优先权调整传感器节点的速率和流量进行拥塞控制；拥塞控制过程具体如下：
SS1：当检测到信道拥堵时，传感器节点会计算汇聚节点的拥塞度,然后结合自己的优先权、总流量优先权和子节点数,计算和调节自身的发送速率；
SS2：当汇聚节点拥塞度较小时，传感器节点会增大自己的发送速率,当拥塞度较大时，传感器节点会降低发送速率；并在调节发送速率后,根据自己的总流量优先权和自身的优先权,调节自身的数据产生速率。
数据压缩处理过程具体如下：
SSS1：对收集传感器节点采集到的监测数据；
SSS2：对监测数据进行预处理，得到高频数据和低频数据；
SSS3：对于高频数据利用Harr小波进行数据压缩；对于低频数据利用哈夫曼编码进行数据压缩。
步骤SSS2预处理具体过程如下：
SSSS1：利用差放大器对监测数据进行放大处理；
SSSS2：采用高通滤波器和低通滤波器对经过SSSS1放大处理后监测数据进行去噪处理，同时区分出高频数据和低频数据部分。
本发明的工作原理及使用流程：该无线传感器网络传输方法，在使用前，首先需要将若干个传感器节点部署于目标监测区域，同时设置汇聚节点和PC端，实现无线传感器网络的整体部署，然后利用若干个传感器节点对目标监测区域进行实时监测，获取若干个监测数据，之后根据信道传输能力设置传输速率标准，并根据传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率对无线传感器网络数据传输速率进行实时检测，判断信道拥塞状况，当检测到的无线传感器网络数据传输速率大于传输速率标准时，利用PCCP协议进行无线传感器网络拥塞控制，之后利用数据压缩算法对经过拥塞控制后的数据进行无损数据压缩处理；最后将经过压缩处理后的数据发送至PC端，实现无线传感器网络数据的高效率传输；本发明将传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率与传输速率标准作比较，若传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率大于传输速率标准，则判断信道拥堵，进而实现了对无线传感器网络流量突发传输情况的实时监测，同时利用PCCP协议赋予每个传感器节点不同的优先权，以此来反映节点的重要性,并基于优先权调整传感器节点的速率和流量进行拥塞控制，有利于提高网络通信效率；并且本发明还利用Harr小波和哈夫曼编码将采集到的监测数据进行无损压缩，进而有利于提高无线传感器网络的传输吞吐量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无线传感器网络传输方法，其特征在于，该传输方法具体步骤如下：
(1)网络部署：将若干个传感器节点部署于目标监测区域，同时设置汇聚节点和PC端，实现无线传感器网络的整体部署；
(2)传感监测：利用步骤(1)中的若干个传感器节点对目标监测区域进行实时监测，获取若干个监测数据；
(3)拥塞检测：根据信道传输能力设置传输速率标准，并根据传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率对无线传感器网络数据传输速率进行实时检测，判断信道拥塞状况；
(4)拥塞控制：当检测到的无线传感器网络数据传输速率大于传输速率标准时，利用PCCP协议进行无线传感器网络拥塞控制；
(5)数据压缩处理：利用数据压缩算法对经过拥塞控制后的数据进行无损数据压缩处理；
(6)数据传输：将经过压缩处理后的数据发送至PC端，实现无线传感器网络数据的高效率传输；
其中，所述数据压缩处理过程具体如下：
SSS1：对收集传感器节点采集到的监测数据；
SSS2：对监测数据进行预处理，得到高频数据和低频数据；
SSS3：对于高频数据利用Harr小波进行数据压缩；对于低频数据利用哈夫曼编码进行数据压缩。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络传输方法，其特征在于，步骤(1)所述传感器节点主要包括数据采集单元、数据分析处理单元、无线通信单元、存储单元、定位单元和电源；所述汇聚节点具体为网络协调器，主要包括微处理器系统、射频模块、通信接口和电源；所述射频模块用于收发传感器节点检测到的监测数据；所述通信接口用于与PC端进行通信；所述微处理器系统用于控制整个无线传感器网络。
3.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络传输方法，其特征在于，步骤(3)所述传输速率标准通过香农公式计算得到，其具体计算公式如下：
C＝Blog2(1+S/N) (1)
式中：C为信道最大传输速率；B为带宽；S/N为信噪比。
4.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络传输方法，其特征在于，所述拥塞检测过程具体如下：
S1：利用香农公式计算所部署的无线传感器网络的信道最大传输速率；并依此作为传输速率标准；
S2：计算传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率；
S3：将传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率与传输速率标准作比较；若传感器节点的发送速率或汇聚节点接收数据的速率大于传输速率标准，则判断信道拥堵。
5.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络传输方法，其特征在于，所述PCCP协议用于赋予每个传感器节点不同的优先权，以此来反映节点的重要性,并基于优先权调整传感器节点的速率和流量进行拥塞控制；所述拥塞控制过程具体如下：
SS1：当检测到信道拥堵时，传感器节点会计算汇聚节点的拥塞度,然后结合自己的优先权、总流量优先权和子节点数,计算和调节自身的发送速率；
SS2：当汇聚节点拥塞度较小时，传感器节点会增大自己的发送速率,当拥塞度较大时，传感器节点会降低发送速率；并在调节发送速率后,根据自己的总流量优先权和自身的优先权,调节自身的数据产生速率。
6.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络传输方法，其特征在于，步骤SSS2所述预处理具体过程如下：
SSSS1：利用差放大器对监测数据进行放大处理；
SSSS2：采用高通滤波器和低通滤波器对经过SSSS1放大处理后监测数据进行去噪处理，同时区分出高频数据和低频数据部分。
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