[发明专利]一种基于网络编码的无线传感器网络可靠数据传输方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器通信技术领域，具体涉及一种基于网络编码的可靠数据传输方法。

背景技术

在无线传感器网络数据传输中，由于链路的不可靠性，源节点发送出的数据包可能还没发送到目的节点就丢失了，重传虽然可以在一定程度上保证数据包的传输率，但端到端的数据包重传会产生大量的数据传输时延。为提高数据传输的可考性，很多无线传感网络选择多路径数据传输方法。在无线传感器网络中，传统的多路径传输方式为：源节点将感知到的数据包复制成若干份然后通过多条路径传输给汇聚节点，虽然在一定程度上提高了数据包传输的可靠性，但网络中传输大量相同的数据包，会浪费网络资源，增加网络负载，减少网络生命周期。

发明内容

为减少冗余数据包，减少网络负载及能耗，减少数据包传输时延，本发明提出一种基于多路径的网络编码数据传输方法，首先根据链路可靠性估算出总共传输数据包的数量，在计算出传输数据包的量之后，节点首先对数据包进行网路编码之后再通过多路径向汇聚节点传输，若汇聚节点接收到的数据包大于源数据包个数，则汇聚节点可用解码方法解码出所有源数据包。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

网络初始化及状态信息更新，在节点部署之后汇聚节点定时广播数据包进行链路状态更新，普通节点收集链路信息进行链路建立和链路更新；

路由估计，当源节点有数据包要向汇聚节点传输时，根据链路信息进行链路估计，估算出所要传输数据包的链路数；

进行链路估计之后，源节点对数据包进行编码，在发送数据包前源节点首先对数据包进行随机线性网络编码，并通过多条路径向汇聚节点传输；

中继节点转发数据包，中继节点对接收到的数据包进行分析，丢弃与已接收数据包线性相关的数据包，接收到足够的线性无关后重新进行网络编码并传输给下一跳节点；

汇聚节点接收到第一个数据包之后，等待一段时间，若在时间内接收到的线性无关数据包个数小于M个，则发送request数据包进行数据包重传，若接收到的线性无关数据包个数大于或等于M个则利用网络编码方法对数据包进行解码。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的一种基于多路径的网络编码数据传输方法，通过在无线传感器网络中使用网络编码及多径传输技术，源节点对源数据包进行网络编码后通过多条路径向汇聚节点传输，有效地解决了链路失败、数据包丢失等问题，提高数据包传输可靠性，减少数据包传输时延，提高网络鲁棒性，能够显著提高无线传感器网络的传输性能。

附图说明

图1为本发明一种实施例的无线传感器网络模型图；

图2为本发明一种实施例的定时广播数据包结构示意图；

图3为本发明一种实施例的源节点数据包处理流程示意图；

图4为本发明一种实施例的编码数据包结构示意图；

图5为本发明一种实施例的中继节点转发数据包流程示意图；

图6为本发明一种实施例的汇聚节点数据包解码及发送重传请求流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，在无线传感器网络中，源节点(S)可通过多条路径向汇聚节点(R)传输数据包，所述汇聚节点即为目的节点；图1中，从源节点到汇聚节点之间有若干个中继节点，所述中继节点用于对数据包进行转发，源节点的数据包通过多跳传输经过中继节点最终传输到汇聚节点。

如图2所示，无线传感器网络部署完成后，进行基于网络编码的可靠数据传输，具体包括以下步骤：

步骤一、汇聚节点向无线传感器网络定时广播链路更新数据包对网络进行初始化(第一次为初始化)或状态更新，所述汇聚节点发送的链路更新数据包的结构如图2所示，各个数据段代表的信息分别为：

GroupType：分组类型，包括路由更新消息、编码数据包、路径建立反馈消息，用于区分节点接收到的包是用于建立路径还是用于传输数据；

GroupID：分组编号，每个消息有自己唯一的编号；

SAddress：源节点的地址，在初始化数据包中为汇聚节点的地址，每一跳节点都会记录路由更新消息中的SAddress值，并在自身发送的路由更新消息中将其值设为自己的地址；；