[发明专利]一种协作通信中自适应发送功率控制的数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是一种协作通信中无线传感器节点数据传输方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量的彼此之间通过多跳无线链路和通信的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，可以广泛的运用到工业监测、农业、民用、环境监测、战场、海洋、火灾等各种特殊环境与应用中，被认为是未来的重要物联网络的关键基础技术之一。无线传感器网络研究中存在的2个关键问题如下：

(1)如何保障数据传输的可靠。无线传感器网络由于是无线传输，无线网络特有的特点是受环境干扰与节点之间的干扰，再加上天生的其传输误码率、错误率，其传输链路远差于有线网络，其数据传输的无线传感器网络的包丢失率高达10％到30％是很普遍的。误码率也比有线网络高出几个数量级，这样大大降低了端到端传输时的成功率；

(2)无线传感器网络的网络寿命的问题。无线传感器网络节点一般构造简单，成本低廉，可以大规模的部署，其节点通常配备电池作为其能源的，所以如何有效的利用能量延长网络寿命是无线传感器网络的重要研究课题之一。一般来说，数据传输是节点最主要的能量消耗。因而提高网络寿命的主要途径有二个，一是减少节点的数据传送，二是如何合理利用网络的能量。

目前网络编码技术是目前较好的一种提高无线传感器数据传输可靠性的重要技术之一。网络编码技术的主要关键点如下：(1)网络编码技术采用了冗余技术。源数据节点将数据包在应用层进行数据进行编码，由于网络编码中采用了冗余技术，因而网络编码后的数据量大于没有编码的源数据包。这样采用冗余编码后，即使网络有一定的丢包率，接收方如果接收到多个编码的数据包，则就可以以较高的概率获得原数据，从而提高数据传输的可靠性。但是，采用网络编码方法其实是通过付出更多的能量消耗而提高了数据传送的可靠性。

随后有研究人员提出了网络编码与协作通信相结合的方法。这种方法的关键点主要有2点:(a)数据包在发送时需要编码,而中继节点在发送给下一个中继节点前需要采用随机网络编码技术进行解码与重新编码。(b)在数据传送到基站的每一跳，并不只选择一个中继节点，而是选择多个中继节点形成一个簇，组成协作通信结构进行协作通信。这种方法具有较好的性能。

不管采用上述的任何一种方法,无线传感器网络节点的可靠性与节点的发送功率之间都存在紧密的关系。也就是说：如何提高节点的发送功率，那么接收方就能够以更高的概率接收到发送方发送的数据包，因而采用提高节点发送功率来提高网络数据传输可靠性的一种有效方法。但是,提高节点的发送功率就会使节点的能量消耗增大,从而影响网络的寿命。

在以往的方法中，整个网络都是采用相同的节点发送功率。这样，由于近基站节点承担了远基站区域节点的数据转发工作，从而其承担的数据量远高于远基站区域节点的数据量。这样，导致近基站区域节点提前死亡，由于网络寿命一般定义为网络中第一个节点死亡的时间。因而，在以往的方法中基站附近的节点能量不足，而远基站区域剩余大量能量，有研究指出，当网络死亡时，网络剩余的能量高达90％。

发明内容

本发明提供一种无线传感器节点传输方法，在不降低网络寿命的情况下大幅度的提高网络传输的可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种协作通信中自适应发送功率控制的数据传输方法，当源节点产生一个数据包要发往基站时，它首先将数据包以较小的发送半径r_b将自己的源数据包广播给簇内的m个源簇节点，然后再通过选择多个中继簇中继转发到基站，每个中继簇也选择m个节点，这样，m个源簇节点，每个源簇节点将数据经过编码后向中间簇的m个节点都发送数据，中间簇的节点接收到m个数据包后，经过解码，对数据进行恢复后，重新进行编码后，继续向前采用与前面类似的方式进行传输，直到传到基站为止；在数据传输到基站的过程中，依据节点能量的充裕程度，对距离基站不同距离处的节点采用不同的发送功率，对于距离基站近的节点采用较小的发送功率，而对离基站远的节点采用较大的发送功率。

依据节点距离基站的距离不同而采用不同的发送功率的具体做法是：首先，计算节点的数据负载和能量消耗，然后，依据节点的能量消耗情况计算远基站区域节点剩余的能量，依据节点的剩余能量情况确定节点能采用的发送功率。

距离基站l处节点的最大发送功率E_l要满足下式：