一种快速的持续m数据确认等停无线传感器网络数据传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线网络数据传输领域，特别设及一种快速的持续m数据确认等停无 线传感器网络数据传输方法。
【背景技术】
[0002] 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W 自组织和多跳的方式构成的无线网络，可W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几个关键问题如下：
[0003] (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，错换率，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，运样大大降低了点对点传输时的成功率；
[0004] (2)如何减少无线传感器网络传输的延迟。无线传输的延迟相对于有线网络高数 倍。其主要原因是，无线传输的可靠性低，为发保障数据传送的可靠性，当前采用的最主要 的方法是重传机制，其基本原因是当接收方收到发送方的数据包时再返回一个确认收到数 据包的ACK消息。如果接收方收到了确认ACK消息则继续下一个数据包的发送，否则在等待 预定的超时时间后重发此数据包，如此过程可能要重发多次，因而其数据传输的延迟较大。
[0005] (3)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W大规模的部署，其节点通常配备电池作为其能源的，所W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。
[0006] 目前没有特别针对无线传感器网络提出的数据传输协议，等停自动重传协议 (Send-and-Wait Automatic Repeat-reQuest，SW-ARQ)即是为了克服网络的误码率而提出 的网络重传（retransmission)协议。
[0007] SW-ARQ协议在目前来说是无线传感器网络中采用的最多的数据传输协议之一。相 对其它协议来说，它构造简单，对网络环境要求最小，容易实施。但是SW-ARQ协议在误码率 极低的有线网络中运用的较好，但在包丢失率高达10%到30%的无线网络中却存在一些问 题。如图1所示:SW-ARQ协议采用每发送一个数据包后，再等待接收方返回确认收到数据包 的ACK消息，如果等不到ACK消息则采用超时重要的策略。即在发送数据包后等待一段较长 的预期时间内没有收到ACK，则重发此数据包，如此过程直到收到确认数据包收到的ACK消 息，或者超预定的最大重发次数而放弃此数据包的发送。但运种方法造成的主要问题是网 络延迟非常大。因为，每一次重要发都需要等待到超时的时间，因而多次的重要就会造成数 据传送的延迟非常大。
【发明内容】
[000引本发明提供了一种快速的持续m数据确认等停无线传感器网络数据传输方法，通 过利用距离基站较远的节点多发送数据包，从而克服无线传感器网络中数据传输时SW-ARQ 协议下数据延迟大，网络寿命低的问题。
[0009] -种快速的持续m数据确认等停无线传感器网络数据传输方法，依据节点能量的 充裕程度，对每一个数据包在第一轮数据发送时就连续发送m次，m ^ 1，若接收方成功收到 数据包，则返回给发送方一个ACK，发送方结束发送当前数据包;若接收方在发送方发送m次 数据包后一次都未能够成功接收，则在后面的发送过程中发送方采用每发送一个数据包， 再等候接收方发来的ACK确认信息的单数据包单ACK的等停数据传输方法。
[0010] 节点i在第一次数据发送时连续发送HU次，HH应满足如下条件： Maxim,) SJ (W；e^, +W；'e'' +Z：e\ +Z：e：)<(Bl4 +M[e\ +M：e'\),
[0011] lit < A-(S)
[001^ 其中，r巧分别表示在第一次数据发送时连续发送mi次数据的协议下，节点i 发送与接收的数据包个数，马与写分别表示节点i发送与接收的ACK个数，跨和4分别表示 节点接收与发送一个数据包的能量消耗，e';和托分别表示节点接收与发送一个ACK的能量 消耗；4和馬分别表示SW-ARQ协议下节点i发送与接收的数据包个数，和分别表示SW-ARQ协议下节点i发送与接收的ACK个数，Ai(S)表示节点i依据数据传送所需可靠性计算得 到的最大的发送次数，K为无线传感器网络中的总的节点个数，P表示节点成功发送数据的 概率，取值范围为60%-95%，S为设定的数据传输可靠性。
[0013] 如果一个数据包重发次超过运个值就不再尝试重发，而是放弃此数据包的发送。 因为远sink的节点能量剩余太多，HU值可W取非常大，但是如果HU值最非常大，由于不能提 高可靠性了，且延迟反而增大，故不能无限增大。因而Ai(S)是一个依据数据传送所需可靠 性计算得到的最大的一个发送次数。即重复发送数据包时，如果有一个数据包"运气"非常 不好，发了 1000次都不成功。可能再发100000次也不成功，则不再发送，取一个较小的上界； 比如10次够了，没有必要试到1000次。由于重复发送多次的数据包无法传到的概率极小，没 有必要为运样小概率的事件而使每个数据包都测试到1000次，达到10次都不行就放弃此数 据包的发送。
[0014] 当节点与基站之间的跳数为1-16跳时，m取值为1;当节点与基站之间跳数为17-21 跳时，m取值为2;当节点与基站之间跳数为22-25跳时，m取值为3;当节点与基站之间跳数为 26-28跳时，m取值为4;当节点与基站之间跳数为29-30跳时，m取值为5;当节点与基站之间 固敞为31或32跳时，m取值为6;当节点与基站之间跳数为33跳时，m取值为8;当节点与基站 之间跳数34-40跳时，m取值为9。
[0015] 在本发明中，数据传送的发送方式如下图4所示，发送方在第一次发送时，同时重 发送m次数据包(相同的数据包），然后接收方对每一个接收到的数据包返回ACK。在第一次 发送m次数据包后，如果仍然没有收到ACK。则发送方采用每发送一次数据包，再等待接收 ACK消息的方式，即此时采用的数据传送方式与SW-ARQ协议相同。由于第一次就重发m次数 据包，因而只有运m个数据包同时都发送不成功再会继续发送，由于同时m次数据包都不成 功的概率相对于SW-ARQ协议来说低了很多，因而本发明的数据传输在第一阶段传送成功的 概率高，因而减少了传送延迟(见图2的时序）。
[0016] 有益效果
[0017] 本发明提供了一种快速的持续m数据确认等停无线传感器网络数据传输方法，该 方法利用远离基站的节点的未被消耗的能量，使得距离基站较远的节点发送m次数据，提高 数据传输的可靠性，同时保证了网络寿命；由于数据包经过连续m次发送后未能成功的概率 小于仅一次发送的概率，因而数据包会W大的概率在第一次的m次数据发送中成功，而不需 要多次超时重发，因而能够减少数据传输延迟，提高网络数据收集速度。运一方法的设计与 常规思路中，多发送数据能量消耗越多的研究方向截然不同，改变了 W往策略中每发送一 个数据包再返回一个ACK的数据传送协议模型，原有模型中，由于无线传感器网络近sink区 域的能量紧张，而远sink区域有大量能量剩余。另一方面，如果节点在发送数据时，如果不 等待接收方ACK返回的情况下，对同一数据包持续重复发送m次，就能够减少数据传送的延 迟且能够提高数据传送的可靠性，但运时需要消耗更多的能量。因而在本发明中，对能量有 剩余区域的节点采用第一次发送时多个数据包的方式W减少传送延迟，而对能量紧张的区 域仍然采用W往发送一个数据包后再等待ACK返回的方式，从而能够在减少数据传送延迟 提高网络可靠性的基础上而不影响网络寿命。巧妙的利用了常规网络中大量未被消耗能量 的节点，来承担多次传输