[发明专利]一种无线传感器网络点对点传输协议

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）传输，更具体地说是一种无线传感器网络点对点的传输协议。

背景技术

无线传感器网络在节点代码远程更新、节点查询、网络配置等应用中对可靠性要求较高。在代码更新应用中，基站将程序通过无线传输到远程节点，需要消耗大量能量保证代码数据的绝对完整性。节点查询中，基站将查询要求发送到网络，目的节点将查询结果，包括节点剩余能量、节点位置、节点周围环境数据等发回基站，由于查询请求和响应都是以多跳方式传输，路径上任何一跳的数据丢失将导致查询过程失败；网络配置中，基站将配置命令和配置参数发送到目的节点，“链路”失效会导致配置失败。

网络传输层主要功能是保证数据从源节点到目的节点的可靠性传输质量，支持多种应用层协议。对于WSN来说，由于采用低质量无线信道，经常引起数据包丢失，因此必须保证数据包的可靠传输。在传统互联网的TCP/IP中，传输层数据包交付失败主要是由拥塞所引起，TCP使用三次握手、滑动窗口、端到端重传等机制保证数据包从源主机可靠地传输到目的主机。但无线通信的数据包交付失败主要是因为传输数据包丢失，对于WSN能量有限和轻量级传输要求来说，这些机制并不适用，尤其是端到端重传最为消耗能量。因为WSN逐跳数据包丢失率高于传统网络，大量的端到端重传会影响传输的吞吐量、延迟和能耗。

国外从2002年就有研究人员开始关注于传感器网络的可靠传输问题，取得了一定的成果。然而，不同的应用背景对可靠性需求有一定差异，现有大部分的传输协议是针对特定应用所开发，没有通用的传感器网络可靠传输协议。根据近年无线网络融合趋势及管理配置的需求来看，独立而不依赖于特定的路由和MAC机制的传输协议，可为不同的应用提供统一的可靠性保证。

PSFQ是第一个传输协议，其基本思想是在逐跳传输分组时，上一跳节点以较慢的速率发送分组数据，下一跳节点发现分组数据丢失后，立即向上一跳节点请求重传。针对代码更新应用，基站将更新程序发送到全网，节点收到完成的程序代码后更新。PSFQ保证在恶劣环境中最小化丢失检测和丢失数据发送所需要的数据传输量。它是一种一对多下行数据分发传输协议，但由于采用基于单纯的NACK的确认机制，PSQF协议不能发现所有分组数据都丢失的情况。

ESRT针对紧急事件报告应用，在基站端实现，基于可靠性要求和网络拥塞状况，使用拥塞控制组件降低能耗和提高事件报告的可靠性，它是一种多对一上行数据汇聚传输协议。RMST在定向扩散路由基础上，提供数据包传输的可靠性，使用选择NACK配置网内缓存和修复，是一种一对一可靠传输协议。

DTC意图将TCP/IP应用于WSN，引入缓存机制，使用局部缓存、局部重传代替代价昂贵的端到端重传。该协议假设在发送节点、接收节点之间存在一“链”式拓扑，数据包通过“链”上节点逐跳传输到接收节点，使用spatial IP address提供路由支持。在传输过程中，中间节点通过依赖MAC层的ACK应答判断一个数据包是否成功转发到下一跳，如果转发失败，则在当前节点缓存该数据包。接收方在指定时延内没收到数据包，采用否定应答方式逐包逐跳请求重发，中继节点收到重传请求后，如果发现请求重传的分片在此缓存，则启动局部重传，发送数据包给接收节点，否则将重传请求向前一跳节点转发，如果数据包没有被中间节点缓存，则重传请求到达源端后启动端到端的重传。DTC在每个中继节点上只缓存一个分片，如果n个数据包在同一中继节点传输失败则有n-1个包无法缓存，只能采取端到端重传；而且DTC的缓存依赖于MAC层的应答，协议独立性不好。

GARUDA考虑了基站到节点数据分发的靠性问题，提出了一种基站到网络可靠数据分发协议框架。从本质上看，GARUDA定义的可靠性是选择出期望接收sink节点数据分组的节点集合，但在这个集合中的节点都需要收到sink节点发送的所有分组，而且GARUDA采用高能量的WFP脉冲，对传感器节点提出了较高的要求。ERTP主要为数据流可靠传输设计，使用统计可靠性来保证多个传感器节点将数据流发送到基站。

发明内容