本發(fā)明涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中快速建立數(shù)據(jù)鏈路的方法。

背景技術(shù)：

泛洪是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中典型的傳統(tǒng)的平面協(xié)議，其算法簡(jiǎn)單，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)里被廣泛的應(yīng)用于拓?fù)湫纬?、路由建立、目?biāo)探測(cè)或者數(shù)據(jù)查詢等。在泛洪算法中，源節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包以廣播的方式進(jìn)行傳播，它所有的鄰居節(jié)點(diǎn)在接收到該數(shù)據(jù)包后，會(huì)以同樣的廣播的方式將其傳播出去。如此反復(fù)，直至數(shù)據(jù)包傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。由于泛洪過(guò)程的廣播特性，每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)多次接收到廣播數(shù)據(jù)包。如果節(jié)點(diǎn)每次接收到數(shù)據(jù)包后都再次將其廣播出去，鄰居節(jié)點(diǎn)之間就會(huì)因?yàn)橄嗷V播而不斷重復(fù)下去。這不僅會(huì)造成大量的能量浪費(fèi)，還會(huì)造成大量的通信沖突，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β省＿@就是著名的廣播風(fēng)暴問(wèn)題。泛洪算法通過(guò)迭代的廣播過(guò)程遍歷了網(wǎng)絡(luò)中所有可能的傳輸路徑，包括傳輸?shù)淖疃搪窂?因此泛洪算法在理論上可以提供最好的服務(wù)質(zhì)量。

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為了獲取監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的較高的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，通過(guò)密集部署傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是傳感器節(jié)點(diǎn)高密度部署帶來(lái)了覆蓋冗余、信道沖突、網(wǎng)絡(luò)擁塞等問(wèn)題。在面對(duì)某些突發(fā)事件時(shí)，源節(jié)點(diǎn)希望盡快使事件報(bào)告數(shù)據(jù)包覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，快速的建立整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路?；谏鲜龇汉榈乃枷?，針對(duì)上述問(wèn)題，提出了通過(guò)在空間上和時(shí)間上對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，根據(jù)覆蓋域確定節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)次序，并采用動(dòng)態(tài)延時(shí)接入策略，在避免沖突的前提下，減少網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)，快速建立源節(jié)點(diǎn)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種有效利用頻譜資源、減少數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)、使數(shù)據(jù)包快速的覆蓋全網(wǎng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中快速建立數(shù)據(jù)鏈路的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明所述方法根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的射頻覆蓋范圍，定義源節(jié)點(diǎn)的邏輯邊界，標(biāo)定邊界節(jié)點(diǎn)，確定轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)序；包括以下具體步驟：

步驟1，每個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播初始化消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)記錄接收到的不同的初始化消息，與鄰居節(jié)點(diǎn)交換覆蓋節(jié)點(diǎn)集合信息；

步驟2，節(jié)點(diǎn)以自身為中心，對(duì)邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定；

步驟3，更新轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)信息

計(jì)算邊界節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)值P，退避時(shí)間所需的時(shí)間基準(zhǔn)T_ref，發(fā)送標(biāo)定信息以及轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)信息給對(duì)應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)，形成綁定關(guān)系，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息表；

步驟4，源節(jié)點(diǎn)有事件報(bào)告數(shù)據(jù)包廣播時(shí)，在數(shù)據(jù)包中加入地址信息后轉(zhuǎn)發(fā)；

步驟5，節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包，查看節(jié)點(diǎn)信息表，判斷是否是源節(jié)點(diǎn)的邊界節(jié)點(diǎn)：若不是源節(jié)點(diǎn)的邊界節(jié)點(diǎn)不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；若是，繼續(xù)判斷數(shù)據(jù)包中的地址信息是否是自身地址，若是直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，若不是，計(jì)算時(shí)隙后重新對(duì)其時(shí)隙后轉(zhuǎn)發(fā)；

步驟6，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都收到數(shù)據(jù)包，源節(jié)點(diǎn)覆蓋全網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路建立完成；

步驟7，若有新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)或有節(jié)點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，返回步驟1。

進(jìn)一步的，步驟1中包含鄰居節(jié)點(diǎn)射頻覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合S、與鄰居節(jié)點(diǎn)通信的路徑損耗PL。

進(jìn)一步的，步驟2中，所述邊界節(jié)點(diǎn)定義為：源節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合S與鄰居節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合N_i構(gòu)成的并集中存在源節(jié)點(diǎn)覆蓋不到的節(jié)點(diǎn)，即存在節(jié)點(diǎn)集合T_i，使得這些特殊的鄰居節(jié)點(diǎn)被定義為偽邊界節(jié)點(diǎn)。

如果集合T_i，i∈N^*之間存在包含關(guān)系，當(dāng)時(shí)，即在源節(jié)點(diǎn)射頻覆蓋范圍之外，節(jié)點(diǎn)j已經(jīng)覆蓋了節(jié)點(diǎn)i的覆蓋范圍，節(jié)點(diǎn)j被定義為邊界節(jié)點(diǎn)；否則，T_i直接被定義為邊界節(jié)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，步驟3中，所述的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)計(jì)算公式如下：

其中，i∈N^*,n＝card(B),α+β＝1；card代表計(jì)算集合元素的數(shù)量，S代表待發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)射頻覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，D_i代表邊界節(jié)點(diǎn)i射頻覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，PL_i代表源節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)i的通信路徑損耗，PL_max代表源節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)最大的通信路徑損耗，代表源節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)最大的通信路徑損耗，即節(jié)點(diǎn)i為最遠(yuǎn)離源節(jié)點(diǎn)的邊界節(jié)點(diǎn)，潛在的表示其更接近網(wǎng)絡(luò)的邊緣，P(i)的值越小，表示優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)越高，并且滿足0≤P(i)＜1；

所述退避時(shí)間所需的時(shí)間基準(zhǔn)T_ref公式如下：

T_ref＝(T_cca+T_switch)/(P^order(j+1)-P^order(j))

其中，T_cca代表能得到有效的空閑信道掃描結(jié)果所花費(fèi)的最小時(shí)間，T_swith代表節(jié)點(diǎn)有接收轉(zhuǎn)換到發(fā)送所需要的切換時(shí)間，P^order代表邊界節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)集合；

所述節(jié)點(diǎn)信息表包含：自身被綁定為邊界節(jié)點(diǎn)的源節(jié)點(diǎn)集合S_addr，對(duì)應(yīng)的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)值P，退避時(shí)間所需的時(shí)間基準(zhǔn)T_ref。

進(jìn)一步的，步驟5中，

所述的邊界節(jié)點(diǎn)重新對(duì)其時(shí)隙所需的時(shí)間公式：

其中，T_tx代表幀傳輸所需時(shí)間，P(i)代表邊界節(jié)點(diǎn)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)，T_cca為能得到有效的空閑信道掃描結(jié)果所花費(fèi)的最小時(shí)間。

進(jìn)一步的，規(guī)定邊界節(jié)點(diǎn)通過(guò)動(dòng)態(tài)的時(shí)隙管理方案，按需分配發(fā)送時(shí)隙，引進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)和固定分配接入?yún)f(xié)議相結(jié)合的接入控制方法，使節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)的占用現(xiàn)有的時(shí)隙資源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的射頻覆蓋關(guān)系，定義源節(jié)點(diǎn)的邏輯邊界，只有邊界節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，邏輯邊界內(nèi)的節(jié)點(diǎn)只接收數(shù)據(jù)包。規(guī)定邊界節(jié)點(diǎn)通過(guò)動(dòng)態(tài)的時(shí)隙管理方案，按需分配發(fā)送時(shí)隙，引進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)和固定分配接入?yún)f(xié)議相結(jié)合的接入控制方法，信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包含邊界節(jié)點(diǎn)計(jì)算接入時(shí)隙所需求的相關(guān)參數(shù)，在這種控制接入模式中可以保證邊界節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)的占用現(xiàn)有的時(shí)隙資源，盡量減少?zèng)_突與競(jìng)爭(zhēng)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法以源節(jié)點(diǎn)為中心對(duì)其鄰居節(jié)點(diǎn)覆蓋圖。

圖2是本發(fā)明方法的節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)接入時(shí)隙圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

本發(fā)明所述方法包括以下步驟：

步驟1，每個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播初始化消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)記錄接收到的不同的初始化消息，與鄰居節(jié)點(diǎn)交換覆蓋節(jié)點(diǎn)集合信息；

步驟2，節(jié)點(diǎn)以自身為中心，對(duì)邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)定；

如圖1所示，選取節(jié)點(diǎn)a作為源節(jié)點(diǎn)，即產(chǎn)生數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。假設(shè)所有節(jié)點(diǎn)的通信半徑都為R，對(duì)應(yīng)虛線代表其射頻覆蓋范圍，根據(jù)上面的定義及相互關(guān)系可得，b,c,e為節(jié)點(diǎn)a的邊界結(jié)點(diǎn)。將邊界節(jié)點(diǎn)與源節(jié)點(diǎn)射頻范圍的某些邊界(邊沿)點(diǎn)連接所構(gòu)成的閉合區(qū)域稱之為邏輯邊界，如圖1中的實(shí)線所示。在集合S中，除邊界節(jié)點(diǎn)之外的所有節(jié)點(diǎn)落到邏輯邊界之內(nèi)。所有邊界節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合定義為B，每個(gè)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的集合定義為D_i，i∈N^*。源節(jié)點(diǎn)覆蓋的節(jié)點(diǎn)集合定義為S。

步驟3，更新轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)信息，發(fā)送標(biāo)定信息以及轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)信息給對(duì)應(yīng)的邊界節(jié)點(diǎn)，形成綁定關(guān)系，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個(gè)節(jié)點(diǎn)信息表；

更新轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)信息，包括以下步驟：

A、按照公式(1)依次計(jì)算邊界節(jié)點(diǎn)b,c,e的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)值P；

其中i∈N^*,n＝card(B),α+β＝1。card代表計(jì)算集合元素的數(shù)量，S代表待發(fā)送數(shù)據(jù)的源節(jié)點(diǎn)射頻覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，D_i代表邊界節(jié)點(diǎn)i射頻覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)集合，PL_i代表源節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)i的通信路徑損耗，PL_max代表源節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)最大的通信路徑損耗，即最遠(yuǎn)離源節(jié)點(diǎn)的邊界節(jié)點(diǎn)，潛在的表示其更接近網(wǎng)絡(luò)的邊緣。P(i)的值越小，表示優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)越高，并且滿足0≤P(i)＜1。

因?yàn)椋?/p>

且α+β＝1

所以，

所以0≤P(i)＜1。

α,β為計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)的權(quán)重系數(shù)，當(dāng)取β＜α?xí)r，路徑損耗因素所占的權(quán)重較大，當(dāng)取α＜β時(shí)，外圍節(jié)點(diǎn)數(shù)量因素所占的權(quán)重較大，當(dāng)α＝β時(shí)，兩種所占權(quán)重相同。應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求配置α,β的值。

B、確定T_ref的取值，為便于說(shuō)明，任意取一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸周期，如圖2為保證傳輸時(shí)延最短，由圖可知，T_ref的取值越小越好。且需滿足如下關(guān)系：

P(i+2)×T_ref≥P(i+1)×T_ref+T_cca+T_switch

即，保證節(jié)點(diǎn)進(jìn)行空閑信道評(píng)估操作時(shí)，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)較高的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)處于發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送信道已被占用。

由上式可得，

T_ref≥(T_cca+T_switch)/(P(i+2)-P(i+1)),i∈N*

將邊界節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)按照由高到低進(jìn)行排列，得到集合P^order，計(jì)算相鄰元素的差值，得到差值最大的相鄰元素P^order(i),P^order(i+1)，由上式可得，

T_ref≥(T_cca+T_switch)/(P(i+2)-P(i+1))≥(T_cca+T_switch)/(P^order(j+1)-P^order(j))

其中i,j∈N*

因此，

T_ref≥(T_cca+T_switch)/(P^order(j+1)-P^order(j))

取其最小值，可得，

T_ref＝(T_cca+T_switch)/(P^order(j+1)-P^order(j))

上述的優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)值P，退避時(shí)間所需的時(shí)間基準(zhǔn)T_ref作為轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)信息和標(biāo)定信息發(fā)送給邊界節(jié)點(diǎn)，形成綁定關(guān)系。

步驟4，源節(jié)點(diǎn)有事件報(bào)告數(shù)據(jù)包廣播時(shí)，在數(shù)據(jù)包中加入地址信息后轉(zhuǎn)發(fā)，地址是根據(jù)邊界節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍的大小，轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先權(quán)最小的邊界節(jié)點(diǎn)地址。

步驟5，節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包，查看節(jié)點(diǎn)信息表，判斷是否是源節(jié)點(diǎn)的邊界節(jié)點(diǎn)：

若不是源節(jié)點(diǎn)的邊界節(jié)點(diǎn)不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；

若是，繼續(xù)判斷數(shù)據(jù)包中的地址信息是否是自身地址，若是無(wú)需額外計(jì)算直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；若不是，邊界節(jié)點(diǎn)根據(jù)數(shù)據(jù)包幀長(zhǎng)度計(jì)算傳輸所需時(shí)間T_tx，并退避延時(shí)T_tx之后，重新對(duì)齊時(shí)隙，為盡量避免沖突，根據(jù)式P(i)×T_ref計(jì)算自己的接入時(shí)隙，隨后執(zhí)行空閑信道評(píng)估操作。節(jié)點(diǎn)通過(guò)空閑信道評(píng)估過(guò)程可以探測(cè)感知信道上是否有存在同頻干擾信號(hào)，空閑信道評(píng)估基于檢測(cè)到的信號(hào)能量值和一個(gè)可配置的閥值，執(zhí)行空閑信道評(píng)估后得到的信號(hào)狀態(tài)可以指示信道是否空閑，當(dāng)無(wú)線節(jié)點(diǎn)感知到的信號(hào)強(qiáng)度小于設(shè)定的閾值時(shí)，接入該信道，否則，退出競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入接收狀態(tài)，并退避延時(shí)T_tx之后，重新對(duì)齊時(shí)隙，由于之前已經(jīng)按照相關(guān)規(guī)則延時(shí)了不同的時(shí)間，之后節(jié)點(diǎn)只需要判斷信道是否被占用即可，如果信道空閑直接接入，否則繼續(xù)退避延時(shí)T_tx。這里將能得到有效的空閑信道掃描結(jié)果所花費(fèi)的最小時(shí)間定義為T(mén)_cca，節(jié)點(diǎn)有接收轉(zhuǎn)換到發(fā)送所需要的切換時(shí)間定義為T(mén)_switch。

邊界節(jié)點(diǎn)重新對(duì)其時(shí)隙所需的時(shí)間公式如下，

步驟6，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都收到數(shù)據(jù)包，源節(jié)點(diǎn)覆蓋全網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路建立完成。

步驟7，若有新的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)或有節(jié)點(diǎn)離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，返回步驟1。

本方法中規(guī)定邊界節(jié)點(diǎn)通過(guò)動(dòng)態(tài)的時(shí)隙管理方案，按需分配發(fā)送時(shí)隙，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。引進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)和固定分配接入?yún)f(xié)議相結(jié)合的接入控制方法，信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包含邊界節(jié)點(diǎn)計(jì)算接入時(shí)隙所需求的相關(guān)參數(shù)，在這種控制接入模式中可以保證邊界節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)的占用現(xiàn)有的時(shí)隙資源，盡量減少?zèng)_突與競(jìng)爭(zhēng)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。