CN117177388A - 一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了无线传感器网络技术领域的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，包括：步骤S10、设定流传输报文以及接收报告的报头结构；步骤S20、无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，将流媒体拆分成若干个子流；步骤S30、初始节点基于路径算法规划中间节点的传输路径，基于流传输报文，将子流通过传输路径传输到汇聚节点；步骤S40、汇聚节点接收到流传输报文后，向初始节点反馈接收报告；步骤S50、初始节点基于接收报告自适应调整传输路径以及传输速率；步骤S60、汇聚节点在接收完所有的流传输报文后组合成流媒体，完成流媒体的传输。本发明的优点在于：极大的提升了无线传感器网络流媒体传输的及时性和可靠性。

Description

一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别指一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)由许多微小、低成本、低功率、分散的节点(设备)组成，这些节点应具有尽可能多地在本地处理信息的能力，而不仅仅是传播原始数据以节省能源的能力。所有类型的无线网络都对流媒体有着越来越高的需求，但由于无线传感器网络天然从无线网络继承了一些限制，因此发送流媒体时可能会增加额外负载，且需要额外的内存和缓存，需要大带宽才能获得可接受的质量，极易产生拥塞进而影响流媒体传输的及时性。

例如RTP的实时多媒体协议被设计用于直接发送流媒体的，但直接在无线传感器网络中使用RTP会带来多种缺陷，如让节点加入或离开会话时不会考虑节点当前的电能状态，并且RTP本身也只是设计用于运行在IP网络上。

因此，如何提供一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，实现提升无线传感器网络流媒体传输的及时性和可靠性，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，实现提升无线传感器网络流媒体传输的及时性和可靠性。

本发明是这样实现的：一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，包括如下步骤：

步骤S10、设定流传输报文以及接收报告的报头结构；

步骤S20、无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，将所述流媒体拆分成若干个子流；

步骤S30、初始节点基于路径算法规划中间节点的传输路径，基于所述流传输报文，将所述子流通过传输路径传输到汇聚节点；

步骤S40、汇聚节点接收到所述流传输报文后，向初始节点反馈所述接收报告；

步骤S50、初始节点基于所述接收报告自适应调整传输路径以及传输速率；

步骤S60、汇聚节点在接收完所有的所述流传输报文后组合成流媒体，完成所述流媒体的传输。

进一步的，所述步骤S10中，所述流传输报文的报头结构包括协议版本、编码方式、会话ID、流ID、节点计数器、能量级别以及扩展序列号；

所述协议版本的长度为2比特，所述编码方式的长度为7比特，所述会话ID的长度为16比特，所述流ID的长度为7比特，所述节点计数器的长度为32比特，所述能量级别的长度为32比特，所述扩展序列号的长度为32比特。

进一步的，所述步骤S10中，所述接收报告的报头结构包括数据包类型、RR计数、序列号、流数、会话ID、流ID、丢失百分比、累积丢失数据包数、平均能量、扩展最高接收序列号以及到达时间抖动；

所述数据包类型的长度为8比特，所述RR计数的长度为8比特，所述序列号的长度为8比特，所述流数的长度为4比特，所述会话ID的长度为16比特，所述流ID的长度为16比特，所述丢失百分比的长度为8比特，所述累积丢失数据包数的长度为24比特，所述平均能量的长度为32比特，所述扩展最高接收序列号的长度为32比特，所述到达时间抖动的长度为32比特。

进一步的，所述步骤S20具体为：

无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，通过MDC编码器将所述流媒体拆分成若干个子流。

进一步的，所述步骤S30具体为：

初始节点基于最短路径算法规划若干条中间节点的传输路径，基于所述流传输报文，将所述子流通过传输路径按预设的初始传输速率传输到汇聚节点。

进一步的，所述步骤S40具体为：

汇聚节点接收到所述流传输报文后，基于预设的时间间隔，向初始节点反馈所述时间间隔内接收的所有的流传输报文的接收报告。

进一步的，所述步骤S50具体包括：

步骤S51、初始节点设定一百分比下限、一百分比上限、一最大传输速率；

步骤S52、初始节点解析所述接收报告得到丢失百分比，当所述丢失百分比小于百分比下限时，将当前传输路径的网络标记为好；当所述丢失百分比处于百分比下限和百分比上限之间时，将当前传输路径的网络标记为可用；当所述丢失百分比大于百分比上限时，将当前传输路径的网络标记为坏；

步骤S53、当网络标记为好时，增加当前传输路径传输的流传输报文的数量，增加传输速率直至到最大传输速率；当网络标记为可用时，维持现状；

当网络标记为坏时，判断当前传输路径传输的流传输报文的数量是否大于1，若是，则删除受影响的流传输报文；若否，则新增传输路径，并在新增成功后删除当前的传输路径；

当网络标记持续为坏时，降低传输速率。

进一步的，所述步骤S60具体为：

汇聚节点在接收完所有的所述流传输报文后，解析所述流传输报文得到子流，通过MDC解码器将各所述子流组合成流媒体，完成所述流媒体的传输。

本发明的优点在于：

通过设定流传输报文以及接收报告的报头结构，无线传感器网络的初始节点将接收的流媒体拆分成若干个子流后，基于路径算法规划中间节点的传输路径，基于流传输报文将子流通过传输路径传输到汇聚节点；汇聚节点接收到流传输报文后向初始节点反馈接收报告，初始节点基于接收报告自适应调整传输路径以及传输速率，最后汇聚节点在接收完所有的流传输报文后组合成流媒体，以完成流媒体的传输；即初始节点基于汇聚节点反馈的接收报告，判断各传输路径的网络情况，进而动态调整当前传输路径传输的流传输报文的数量、传输速率，或者更换传输路径，避免网络拥塞，且通过流传输报文携带的能量级别以及接收报告携带的平均能量，可掌握各节点的电能状态，最终极大的提升了无线传感器网络流媒体传输的及时性和可靠性。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法的流程图。

具体实施方式

本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：初始节点基于汇聚节点反馈的接收报告，判断各传输路径的网络情况，进而动态调整当前传输路径传输的流传输报文的数量、传输速率，或者更换传输路径，避免网络拥塞，且通过流传输报文携带的能量级别以及接收报告携带的平均能量，可掌握各节点的电能状态，以提升无线传感器网络流媒体传输的及时性和可靠性。

请参照图1所示，本发明一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法的较佳实施例，包括如下步骤：

步骤S10、设定流传输报文以及接收报告(RR)的报头结构；

步骤S20、无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，将所述流媒体拆分成若干个子流；所述无线传感器网络由初始节点、中间节点、汇聚节点组成，所述初始节点、中间节点以及汇聚节点均为无线传感器；一个会话由一个或多个多媒体组成；

步骤S30、初始节点基于路径算法规划中间节点的传输路径，基于所述流传输报文，将所述子流通过传输路径传输到汇聚节点；

步骤S40、汇聚节点接收到所述流传输报文后，向初始节点反馈所述接收报告；

步骤S50、初始节点基于所述接收报告自适应调整传输路径以及传输速率；即自适应调整传输路径、传输路径的传输速率、传输路径传输的子流数量；

步骤S60、汇聚节点在接收完所有的所述流传输报文后组合成流媒体，完成所述流媒体的传输。

所述步骤S10中，所述流传输报文的报头结构包括协议版本(V)、编码方式(PT)、会话ID、流ID、节点计数器、能量级别以及扩展序列号；

所述协议版本的长度为2比特，所述编码方式的长度为7比特，所述会话ID的长度为16比特，所述流ID的长度为7比特，所述节点计数器的长度为32比特，所述能量级别的长度为32比特，所述扩展序列号的长度为32比特。

所述编码方式即负载的子流的编码方式；所述会话ID采用随机数表示该报文所属的多媒体通信会话，可以用于区别不同的传感器事件；所述流ID表示该会话中的媒体流的编号；所述节点计数器中，发送方使用0初始化该字段，传输过程中每个节点都将途径的数据包(流传输报文)的该字段递增1；所述能量级别用于标识电能状态，传输路径的每个节点都将自己的能量级别添加到此字段值中；所述扩展序列号对于每n个流，扩展序列号都会增加1，例如在会话中使用3个流，则在传输每3个属于不同流的数据包后，扩展序列号将增加1，可用于排列到达目标的乱序数据包。

所述步骤S10中，所述接收报告的报头结构包括数据包类型、RR计数、序列号、流数、会话ID、流ID、丢失百分比、累积丢失数据包数、平均能量、扩展最高接收序列号以及到达时间抖动；

所述数据包类型的长度为8比特，所述RR计数的长度为8比特，所述序列号的长度为8比特，所述流数的长度为4比特，所述会话ID的长度为16比特，所述流ID的长度为16比特，所述丢失百分比的长度为8比特，所述累积丢失数据包数的长度为24比特，所述平均能量的长度为32比特，所述扩展最高接收序列号的长度为32比特，所述到达时间抖动的长度为32比特。

所述数据包类型用于指定报告数据包的类型；所述RR计数用于计算发出接收报告的数量；所述序列号用于指定整个会话的通用序列号；所述流数用于表示会话期间活动的子流的数量，从而确定所需的块数；所述会话ID用于承载属于一个流媒体的所有子流的数字，用于特定事件；所述流ID指携带有效载荷从源(初始节点)到目的地(汇聚节点)的流的流编号；所述丢失百分比指自上次接收方(汇聚节点)发出RR以来丢失的数据包百分比；所述累积丢失数据包数表示自会话开始以来丢失的数据包总数；所述平均能量由接收方计算，在特定传输路径上交付的特定子流中，所有节点的平均能量级别；所述扩展最高接收序列号表示使用特定子流接收到的最高序列号；所述到达时间抖动是针对某一个特定的子流的抖动估计。

所述步骤S20具体为：

无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，通过MDC编码器(MultipleDescriptionCoding)将所述流媒体拆分成若干个子流。

因为传感器通常性能贫弱，本发明的传输方式直接运行在网络层上，传输协议为无连接的不可靠协议，因此应用层的大数据包(流媒体)分成小数据包(子流)以适应传输环境中的小帧要求，当这些数据包抵达接收方(汇聚节点)时被重新组装合并，通过借助接收报告的自适应技术，以一种简单的拥塞控制方式避免拥塞或避开无法正常工作的中间传感器(中间节点)，并可以调整传输速率。

所述步骤S30具体为：

初始节点基于最短路径算法规划若干条中间节点的传输路径，基于所述流传输报文，将所述子流通过传输路径按预设的初始传输速率传输到汇聚节点；各所述子流尽可能使用不同的传输路径进行传输。

所述最短路径算法优选为HREEMR(Highly-ResilientEnergy-EfficientMultipathRouting)。

所述步骤S40具体为：

汇聚节点接收到所述流传输报文后，基于预设的时间间隔，向初始节点反馈所述时间间隔内接收的所有的流传输报文的接收报告。

所述步骤S50具体包括：

步骤S51、初始节点设定一百分比下限、一百分比上限、一最大传输速率；

步骤S52、初始节点解析所述接收报告得到丢失百分比，当所述丢失百分比小于百分比下限时，将当前传输路径的网络标记为好；当所述丢失百分比处于百分比下限和百分比上限之间时，将当前传输路径的网络标记为可用；当所述丢失百分比大于百分比上限时，将当前传输路径的网络标记为坏；

步骤S53、当网络标记为好时，增加当前传输路径传输的流传输报文的数量，增加传输速率直至到最大传输速率；当网络标记为可用时，维持现状；

当网络标记为坏时，判断当前传输路径传输的流传输报文的数量是否大于1，若是，则删除受影响的流传输报文；若否，则新增传输路径，并在新增成功后删除当前的传输路径；

当网络标记持续为坏时，降低传输速率。

所述步骤S60具体为：

汇聚节点在接收完所有的所述流传输报文后，解析所述流传输报文得到子流，通过MDC解码器将各所述子流组合成流媒体，完成所述流媒体的传输。

综上所述，本发明的优点在于：

通过设定流传输报文以及接收报告的报头结构，无线传感器网络的初始节点将接收的流媒体拆分成若干个子流后，基于路径算法规划中间节点的传输路径，基于流传输报文将子流通过传输路径传输到汇聚节点；汇聚节点接收到流传输报文后向初始节点反馈接收报告，初始节点基于接收报告自适应调整传输路径以及传输速率，最后汇聚节点在接收完所有的流传输报文后组合成流媒体，以完成流媒体的传输；即初始节点基于汇聚节点反馈的接收报告，判断各传输路径的网络情况，进而动态调整当前传输路径传输的流传输报文的数量、传输速率，或者更换传输路径，避免网络拥塞，且通过流传输报文携带的能量级别以及接收报告携带的平均能量，可掌握各节点的电能状态，最终极大的提升了无线传感器网络流媒体传输的及时性和可靠性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S10、设定流传输报文以及接收报告的报头结构；

步骤S20、无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，将所述流媒体拆分成若干个子流；

步骤S30、初始节点基于路径算法规划中间节点的传输路径，基于所述流传输报文，将所述子流通过传输路径传输到汇聚节点；

步骤S40、汇聚节点接收到所述流传输报文后，向初始节点反馈所述接收报告；

步骤S50、初始节点基于所述接收报告自适应调整传输路径以及传输速率；

步骤S60、汇聚节点在接收完所有的所述流传输报文后组合成流媒体，完成所述流媒体的传输。

2.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S10中，所述流传输报文的报头结构包括协议版本、编码方式、会话ID、流ID、节点计数器、能量级别以及扩展序列号；

所述协议版本的长度为2比特，所述编码方式的长度为7比特，所述会话ID的长度为16比特，所述流ID的长度为7比特，所述节点计数器的长度为32比特，所述能量级别的长度为32比特，所述扩展序列号的长度为32比特。

3.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S10中，所述接收报告的报头结构包括数据包类型、RR计数、序列号、流数、会话ID、流ID、丢失百分比、累积丢失数据包数、平均能量、扩展最高接收序列号以及到达时间抖动；

所述数据包类型的长度为8比特，所述RR计数的长度为8比特，所述序列号的长度为8比特，所述流数的长度为4比特，所述会话ID的长度为16比特，所述流ID的长度为16比特，所述丢失百分比的长度为8比特，所述累积丢失数据包数的长度为24比特，所述平均能量的长度为32比特，所述扩展最高接收序列号的长度为32比特，所述到达时间抖动的长度为32比特。

4.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S20具体为：

无线传感器网络的初始节点接收到流媒体时，通过MDC编码器将所述流媒体拆分成若干个子流。

5.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S30具体为：

初始节点基于最短路径算法规划若干条中间节点的传输路径，基于所述流传输报文，将所述子流通过传输路径按预设的初始传输速率传输到汇聚节点。

6.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S40具体为：

汇聚节点接收到所述流传输报文后，基于预设的时间间隔，向初始节点反馈所述时间间隔内接收的所有的流传输报文的接收报告。

7.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S50具体包括：

步骤S51、初始节点设定一百分比下限、一百分比上限、一最大传输速率；

步骤S52、初始节点解析所述接收报告得到丢失百分比，当所述丢失百分比小于百分比下限时，将当前传输路径的网络标记为好；当所述丢失百分比处于百分比下限和百分比上限之间时，将当前传输路径的网络标记为可用；当所述丢失百分比大于百分比上限时，将当前传输路径的网络标记为坏；

步骤S53、当网络标记为好时，增加当前传输路径传输的流传输报文的数量，增加传输速率直至到最大传输速率；当网络标记为可用时，维持现状；

当网络标记为坏时，判断当前传输路径传输的流传输报文的数量是否大于1，若是，则删除受影响的流传输报文；若否，则新增传输路径，并在新增成功后删除当前的传输路径；

当网络标记持续为坏时，降低传输速率。

8.如权利要求1所述的一种用于无线传感器网络的自适应多路流媒体传输方法，其特征在于：所述步骤S60具体为：

汇聚节点在接收完所有的所述流传输报文后，解析所述流传输报文得到子流，通过MDC解码器将各所述子流组合成流媒体，完成所述流媒体的传输。