[发明专利]一种能量捕获无线传感网高数据包传递率多播方法

说明书

一种能量捕获无线传感网高数据包传递率多播方法，在基站端采用纠删码来应对无线链路的不可靠，在传感器节点端通过考虑节点当前储能、能量捕获速率以及当前信道质量这三方面因素，分析出当前待接收数据块的正确接收数据包数目期望值，只有当该期望值大于等于一定值时或者如果不接收该数据块则将发生储能溢出时才接收该数据块，有效地降低信道质量差造成接收失败和节点储能溢出这两种事件的发生频率。本发明非常适用于能量捕获无线传感器网络，可以提高单跳多播的数据包传递率。

技术领域

本发明涉及一种无线通信中的单跳多播方法，该方法适用于传感器节点能够捕获环境能量的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络有着非常广泛的应用前景。但是，在传统传感器网络中，传感器节点由电池来供电，而电池的容量是有限制的，电池储能的耗尽意味着传感器节点生命的结束。即使采用经过优化的通信和网络协议，节点的生命也非常有限，这严重的限制了无线传感器网络的实际应用。

由具有能从环境中捕获能量的传感器节点组成的无线传感器网络(Energy-Harvesting Wireless Sensor Networks,EH-WSNs)，提供了一种崭新的有效突破能量供应瓶颈的传感器网络方案，具有非常广泛的实际应用前景。在EH-WSNs中，在对节点的工作参数进行重新配置、更新节点的系统等场合需要用到多播或广播通信。由于传感器节点捕获能量非常有限，使用以基站为汇聚节点的单跳星形拓扑是一种相对容易实现的网络结构。

本发明考虑EH-WSNs如下单跳多播场景：源节点具有充足能量而接收节点的能量是通过捕获而得来。目前为止，已经有一些文献研究设计该场景下的单跳多播方案。比如Kuan等人提出的多播方法(参见《Reliable Multicast and Broadcast Mechanisms forEnergy-Harvesting Devices》，刊于IEEE Transactions on Vehicular Technology，2014)。这些已有方法虽然具有剩余能量意识和采用了数据块提前终止接收机制，但还存在二个方面的不足：(1)没有考虑到传感器节点在数据块接收过程中还会捕获一定的能量，这将会发生以下情况：节点由于当前能量不足以接收整个当前数据块而不启动该数据块接收，但是节点电池由于该数据块持续期间的能量捕获而发生储能溢出；(2)未考虑无线链路丢包率动态变化特性，不管当前数据块接收期间的丢包率多高，只要当前能量足够接收本数据块中所有数据包，就接收该数据块。这二个方面会很浪费所捕获的极其有限的能量，造成较低的数据包传递率。

发明内容

为了克服现有能量捕获无线传感网单跳多播方法的低数据包传递率不足，本发明提出一种高数据包传递率的单跳多播方法，该方法综合考虑节点当前储能、能量捕获速率以及当前信道质量这三方面因素，分析出当前待接收数据块的正确接收数据包数目期望值，只有当该期望值大于等于一定值时或者如果不接收该数据块则将发生储能溢出时才接收该数据块，有效地降低了信道质量差造成接收失败和节点储能溢出这两种事件的发生频率，提高了单跳多播的数据包传递率。

本发明为了解决上述技术问题提供的技术方案为：

一种能量捕获无线传感网高数据包传递率多播方法，其特征在于：所述多播方法包括以下步骤：

1)基站节点操作过程如下：