[发明专利]一种基于缓存节点过滤的无线传感器网络数据传输方法

说明书

本发明涉及一种基于缓存节点过滤的无线传感器网络编码数据收集方法，其特征在于，包括：汇聚节点周期性发送包含已收集的元数据位图的广播数据包进行局部配置的网络初始化和缓存节点信息更新；普通节点有选择地进行异或编码并进行随机数据包传输，经过多轮转发后，将数据包转发给缓存节点；缓存节点对数据包进行分析，将仅包含已收集的元数据的冗余数据包删除，向汇聚节点转发剩余数据包；汇聚节点对数据包解码，将新解码的元数据更新到已收集的元数据位图中。本发明通过缓存节点过滤机制可减少汇聚节点收到冗余数据包的概率，异或编码和随机传输可使得数据分散到整个网络中，提高节点数据存活概率；定时更新可以保证数据包过滤机制的可靠性。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种基于缓存节点过滤的数据传输方法。

背景技术

在无线传感器网络的实际应用中，由于监测环境的不稳定，特别是一些灾难场景下难以人工参与，以及传感器网络自身链路的不可靠性，使得很难保监测数据的可靠收集。虽然利用重传的手段可以一定程度上保证数据收集，但是会导致大量的数据冗余和收集时延。此外，在灾难场景下节点可能来不及进行数据重传就已经损坏失效了。为了保证数据的持久性并提高数据收集效率，很多方案采取网络编码的策略。其中有一种叫Growth codes的编码方案，在该方案中，各节点通过和邻居之间的进行数据编码和转发，一定程度上保证了该节点的监测数据的存活概率。同时随着数据收集进程，逐步提高参与编码的元数据数量，加大数据间的相互依存，利用不断累积的已知数据降低对未知数据完整性的需求。但该方案存在冗余数据重复发送的问题：

在数据收集后期，网络中传输的数据包内将存在大量冗余的已被恢复的元数据，这造成了网络资源的浪费并影响了网络数据收集效率。

发明内容

本发明的目的是，针对Growth codes的编码方案在数据收集过程中存在冗余数据的问题，提出一种能够降低节点能量消耗，保证较高的数据收集效率并控制节点的能量消耗的基于缓存节点过滤的网络编码数据收集方法。

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：

本发明涉及的一种基于缓存节点过滤的无线传感器网络数据传输方法，包括以下步骤：

1)汇聚节点进入监测网络并广播已收集的元数据位图数据包，对网络进行初始化，并雇佣其邻居节点为缓存节点，缓存节点根据元数据位图数据包中的位图进行信息更新；

2)普通节点根据编码最大度和待转发的数据包中的元数据信息进行估计，并根据结果选择是否将自身元数据和该数据包进行异或编码，将数据包随机转发给邻居节点，经过多轮转发后，最终将数据包转发给缓存节点；

3)缓存节点接收到普通节点的数据包之后对数据包运行过滤机制，分析数据包的元数据是否已全部收集，将冗余的数据包丢弃，随机从缓存中剩余的数据包转发给汇聚节点；

4)汇聚节点在接收数据包之后进行解码，若解出新的元数据，则更新已收集的元数据位图，并定期将该位图广播给缓存节点。

优选地，所述的已收集的元数据位图数据包包括数据包类型和已恢复的元数据位图两个字段。

优选地，所述步骤1中，缓存节点收到汇聚节点广播的元数据位图数据包后，记录或更新已恢复元数据位图，并且设置汇聚节点为其唯一的数据转发对象节点。

优选地，所述步骤2的具体步骤包括：

2.1)设定网络中编码的最大度maxdegree，普通节点当前选择的数据包中的元数据量为d，普通节点自身元数据为x；

2.2)每个普通节点决定本轮与哪个相邻节点进行数据传输；

2.3)判断d个元数据中是否包含普通节点的自身元数据x，且d+1是否小于maxdegree；