[发明专利]一种利用网络编码和链路相关性的多包洪泛方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络路由协议领域，尤其涉及一种利用网络编码和链路相关性的多包洪泛方法。

背景技术

在无线传感器网络中，洪泛协议是最基本的路由协议，它支持很多重要的高层协议和应用，例如数据传输，时间同步和多跳路由。在传统的洪泛模型中，数据包从源节点开始广播数据，接收到该包的节点再进行转发，直到所有节点都接收到数据包，则停止转发。然而，数据包是否成功转发是通过接收节点的ACK来确认的，这使得传统洪泛算法存在一些固有的缺陷：(1)数据内爆，即一个节点多次收到同一个数据包的情况，因为洪泛模型中的每个节点，即使不在数据包最终转发路径上，只要收到数据包就会进行转发，产生大量重复的数据包，从而堵塞网络，直接影响网络生命周期；(2)传输冗余，即大量无效的数据包传输。在洪泛模型中，发送节点只有在收到接收节点的ACK确认包时，才停止转发，但链路的不可靠性导致ACK确认包的接收存在时延，其间发送节点产生大量的冗余数据包。

目前，最新水平的研究利用链路相关性改进单包洪泛问题，有效地减少了ACKs，节省了能量消耗。但是，现有的研究主要集中在单包问题，针对多包问题的洪泛方法较少。而无线传感器网络的大量应用都面临多包洪泛的问题。例如，空中编程中，通过洪泛协议广播的程序映像达到128kB，而无线传感器网络中默认的最大传输负载是29字节，那么洪泛的数据包必须进行分组操作。当洪泛多个数据分组时，如果只把它当成多个单包洪泛问题，这将引起可靠性，传输负载和传输时延方面的性能降低。

区别于单包方法，多包洪泛方法应充分考虑多个序列包之间的联系，使数据包间能够协同地完成洪泛任务。网络编码作为一种信息融合技术，允许中继节点对多个数据包先进行处理再转发，这种方式最大化信息吞吐率，能够提高多包洪泛的传输效率。同时，为进一步提高洪泛性能，利用链路之间的相关性可有效减少冗余ACKs。

总的说来，现有单包洪泛的链路相关性机制可减少总传输次数，但面对多包问题，应充分利用多个序列包之间的联系，采用网络编码等信息融合技术可进一步提高洪泛性能。无线传感器网络多包洪泛问题是一个亟待解决的问题，结合网络编码和链路相关性这两种手段可有效解决多包洪泛问题。

发明内容

为了充分融合网络编码与链路相关性的优点，提高多包洪泛的效率，本发明提出了一种利用网络编码和链路相关性的无线传感器网络多包洪泛方法。

根据本发明实施例的一种利用网络编码和链路相关性的无线传感器网络多包洪泛方法，包括以下步骤：

一种利用网络编码和链路相关性的多包洪泛方法，该方法具体包括以下步骤：

S1对于多包洪泛任务，首先将洪泛流划分成多个页，以页为单位进行洪泛；所述的页为包含多个数据包的一个分组。

将洪泛流划分成多个页的步骤为：对于包含W个数据包的洪泛流，以PageSize个数据包为单位划分，则页大小为PageSize，页的个数为W/PageSize。

S2节点周期性地广播消息序列包用来记录和更新邻居节点之间的链路质量和链路相关性，该步骤在洪泛过程中一直执行；

所述的链路质量表示为接收节点从发送节点收到的数据包个数比发送节点的总发包个数；

所述的链路相关性的定义是，在节点v收到节点u发送的广播包时，节点k同样收到该包的概率，表示为P_u(k|u)。链路相关性的计算表达式如下：

是节点N_j对第i个消息包的接收情况的位表示。如果N_j收到来自节点u的数据包，则否则M表示节点u的总发包个数。

S3源节点或转发节点根据聚合编码增益值确定转发的编码数据包，并根据链路质量更新邻居节点的单包覆盖率，单包覆盖率为节点接收到单个数据包的概率。

聚合编码增益值定义为发送节点的每个邻居节点收到数据包并成功获得有用数据包的个数的期望总和，其公式如下：