專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署 在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)間通過自組織技術(shù)形成多條的無線網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一個重要需求是如何在網(wǎng)絡(luò)部署后調(diào)整或改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的運(yùn)行程序，稱為無線更新或空中編程。要實(shí)現(xiàn)無線更新，則需要將新程序所包含的大量數(shù)據(jù)分發(fā)到所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上。程序代碼分發(fā)(code dissemination)就是要將更新代碼通過多條的無線路由從基站節(jié)點(diǎn)(BS)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)更新區(qū)域的所有節(jié)點(diǎn)上的過程。代碼分發(fā)過程與一般的數(shù)據(jù)分發(fā)問題不同之處在于，它會涉及到大量的數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)進(jìn)行分發(fā)，同時必須保證分發(fā)的程序鏡像在接收端是完整的。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究者們針對程序代碼分發(fā)問題提出了一些相關(guān)協(xié)議，例如CSMA方式的分發(fā)協(xié)議。然而該協(xié)議不能避免隱終端問題造成的大量傳輸沖突，在管道式傳輸?shù)那榫跋?，?jié)點(diǎn)會重復(fù)接收已收到過的數(shù)據(jù)而增加無謂的能量消耗。也有提出使用TDMA方式的分發(fā)協(xié)議減少沖突，然而，使用TDMA方式的分發(fā)協(xié)議建立了固定的網(wǎng)絡(luò)時隙分配方案，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換其作為更新數(shù)據(jù)發(fā)送者和接收者的角色后，固定時隙方案會導(dǎo)致部分節(jié)點(diǎn)等待很多時隙而不能立刻能發(fā)送數(shù)據(jù)，從而增加了整個分發(fā)過程的時間。而有些TDMA方案的時隙調(diào)整方式較為復(fù)雜，其代價并不適用于管道式傳輸情況下節(jié)點(diǎn)角色的頻繁變化。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種能減少數(shù)據(jù)分發(fā)過程中的能量消耗，并能減少數(shù)據(jù)分發(fā)時間的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法。一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，包括以下步驟A.當(dāng)發(fā)送者節(jié)點(diǎn)有新的數(shù)據(jù)塊需要分發(fā)時，向一跳鄰居節(jié)點(diǎn)廣播ADV消息；B.收到ADV消息的接收者節(jié)點(diǎn)檢測是否需要接收所述數(shù)據(jù)塊，若是，則向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息；C.發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息，如果擁有REQ消息請求的數(shù)據(jù)塊，則開始向發(fā)送REQ消息的接收者節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)塊包含預(yù)設(shè)數(shù)量個固定長度的數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)塊中的每個數(shù)據(jù)包對應(yīng)了不同的序號；D.接收者節(jié)點(diǎn)接收所述數(shù)據(jù)包，且每收到一個數(shù)據(jù)包則將該數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量中相應(yīng)比特清零；E.發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送完所述數(shù)據(jù)塊中的最后一個數(shù)據(jù)包后，等待接收者節(jié)點(diǎn)返回的REQ消息，當(dāng)接收者節(jié)點(diǎn)接收完所述數(shù)據(jù)塊中的最后一個數(shù)據(jù)包后向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息，該REQ消息中包含接收者節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量；
F.發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息，根據(jù)REQ消息中的數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量判斷是否需再次發(fā)送數(shù)據(jù)包，若是，則根據(jù)所述位向量獲取需再次發(fā)送的數(shù)據(jù)包并發(fā)送至接收者節(jié)點(diǎn)，返回步驟E，否則結(jié)束。在其中一個實(shí)施例中，所述ADV消息中包含分發(fā)協(xié)議的版本號、分發(fā)數(shù)據(jù)的時間戳和程序版本號或發(fā)送者節(jié)點(diǎn)當(dāng)前分發(fā)數(shù)據(jù)塊的序號；所述步驟B中收到ADV消息的接收者節(jié)點(diǎn)檢測ADV消息中的分發(fā)協(xié)議的版本號是否與所使用的分發(fā)協(xié)議版本號相同，若是，則進(jìn)一步判斷ADV消息中的程序版本號比已擁有的程序版本號新或ADV消息中的發(fā)送者節(jié)點(diǎn)聲明的數(shù)據(jù)塊序號是否比自身最后接收的數(shù)據(jù)塊序號大，若是，則向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息請求數(shù)據(jù)塊。在其中一個實(shí)施例中，所述步驟B中接收者節(jié)點(diǎn)向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送的REQ消息中包含請求的數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包的序號和對應(yīng)的位向量；所述步驟C中發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息后，將REQ消息中的序號和對應(yīng)的位向量拷貝到本地的發(fā)送向量中，根據(jù)所述發(fā)送向量確定要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號，并將確定的序號對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至接收者節(jié)點(diǎn)，發(fā)送完成后將發(fā)送向量中所述發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號對應(yīng)的比特置位。在其中一個實(shí)施例中，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，包括發(fā)送者節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)，都維護(hù)了一個時隙表，所述時隙表的每一項(xiàng)中包含兩個域發(fā)送者和接收者；所述發(fā)送者為在該時隙進(jìn)行發(fā)送的某一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，所述接收者為在該時隙內(nèi)進(jìn)行接收的某一跳鄰居節(jié)點(diǎn)；如果在該時隙內(nèi)沒有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送或接收，則相應(yīng)域?yàn)榭眨蝗绻?jié)點(diǎn)要在某個時隙內(nèi)從一跳鄰居節(jié)點(diǎn)接收，則將該時隙的接收者設(shè)為自身。在其中一個實(shí)施例中，所述方法還包括當(dāng)在屬于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時隙內(nèi)監(jiān)聽到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，或在節(jié)點(diǎn)的接收時隙內(nèi)收到非預(yù)期節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)時，節(jié)點(diǎn)本地更新時隙表并與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換。在其中一個實(shí)施例中，所述節(jié)點(diǎn)本地更新時隙表并與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換的步驟包括當(dāng)在屬于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時隙內(nèi)收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)或在節(jié)點(diǎn)的接收時隙內(nèi)收到非預(yù)期節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)時，在節(jié)點(diǎn)本地的時隙表中添加一個該節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送者的時隙；當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過來自鄰居節(jié)點(diǎn)的SLOT消息得知自身與另一節(jié)點(diǎn)在某時隙存在沖突時，合并過程中在時隙表中添加一個時隙以該鄰居節(jié)點(diǎn)作為接收者；如果時隙表添加或合并后發(fā)生了變化，節(jié)點(diǎn)在下一個發(fā)送時隙內(nèi)將更新的時隙表通過SLOT消息廣播給鄰居節(jié)點(diǎn)；所述鄰居節(jié)點(diǎn)收到SLOT消息時，將SLOT消息中的時隙表與本地維護(hù)的時隙表進(jìn)行合并，再向其鄰居節(jié)點(diǎn)廣播合并后的時隙表。在其中一個實(shí)施例中，所述節(jié)點(diǎn)本地更新時隙表并與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換的步驟還包括當(dāng)節(jié)點(diǎn)本地的時隙表中已存在作為發(fā)送者的時隙時，節(jié)點(diǎn)在下一個發(fā)送時隙內(nèi)單播SYNC消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，所述SYNC消息中包含下一個鄰居節(jié)點(diǎn)所占用時隙的起始時刻、實(shí)際開始發(fā)送時間；

所述鄰居節(jié)點(diǎn)收到SYNC消息時,計算SYNC消息的發(fā)送節(jié)點(diǎn)到下一個自身占用時隙開始的剩余時間，鄰居節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述剩余時間調(diào)整自身的下一個時隙和SYNC消息的發(fā)送節(jié)點(diǎn)的下一個時隙在同一時刻開始。在其中一個實(shí)施例中，所述時隙的長度大于兩倍的平均數(shù)據(jù)包發(fā)送時長。在其中一個實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地的時隙表中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的個數(shù)和數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)包的數(shù)量設(shè)置數(shù)據(jù)包發(fā) 送時的起始序號；所述步驟C中，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)從所述起始序號開始至塊尾依次發(fā)送數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包，然后再從塊首開始至所述起始序號依次發(fā)送數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包。在其中一個實(shí)施例中，按照如下公式計算所述起始序號nstart = (NpageZni^si) (mod Npage)其中，ni是節(jié)點(diǎn)i的時隙表中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，Si是節(jié)點(diǎn)i的時隙編號，Npage是一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，mod表示取模運(yùn)算。上述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，通過將數(shù)據(jù)塊分為預(yù)設(shè)數(shù)量個固定長度的數(shù)據(jù)包，且每個數(shù)據(jù)包對應(yīng)了不同的序號，并采用位向量標(biāo)記接收節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包，多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)還可按照不同的起始序號發(fā)送數(shù)據(jù)包，能夠減少數(shù)據(jù)分發(fā)時間，并能減少數(shù)據(jù)分發(fā)過程中的能量消耗。


圖I為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)過程示意圖；圖2為本發(fā)明中進(jìn)行管道式傳輸?shù)氖疽鈭D；圖3為本發(fā)明中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法的流程圖；圖4為節(jié)點(diǎn)間分發(fā)一個數(shù)據(jù)塊時的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；圖5為說明TDMA調(diào)度表示方法的局部網(wǎng)絡(luò)示意圖；圖6為節(jié)點(diǎn)獲知競爭對象的示意圖；圖7為節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行協(xié)作式傳輸?shù)氖疽鈭D。
具體實(shí)施例方式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量的節(jié)點(diǎn)組成，起初，所有節(jié)點(diǎn)工作在常規(guī)模式下，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到第一個ADV消息以后，節(jié)點(diǎn)中斷常規(guī)的應(yīng)用程序執(zhí)行，開始進(jìn)入到數(shù)據(jù)分發(fā)過程(也是程序分發(fā)過程)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)過程是所有節(jié)點(diǎn)都需要參與的分發(fā)過程，通常從基站節(jié)點(diǎn)(BS)開始向其他所有節(jié)點(diǎn)分發(fā)數(shù)據(jù)。處于數(shù)據(jù)分發(fā)過程的節(jié)點(diǎn)可以分為兩類角色發(fā)送者和接收者。數(shù)據(jù)會以數(shù)據(jù)塊的形式進(jìn)行傳輸，在一個數(shù)據(jù)塊的傳輸過程中，負(fù)責(zé)發(fā)送該數(shù)據(jù)塊的節(jié)點(diǎn)稱為發(fā)送者節(jié)點(diǎn)，而負(fù)責(zé)接收該數(shù)據(jù)塊的節(jié)點(diǎn)稱為接收者節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)完成一個數(shù)據(jù)塊的完整傳輸所需時段稱為一輪，每一輪的時間不完全相同。在本輪充當(dāng)發(fā)送者的節(jié)點(diǎn)一般在下一輪轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮照?。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，包括基站節(jié)點(diǎn)(BS)和普通節(jié)點(diǎn)，如圖I所示，接站節(jié)點(diǎn)通過有線接口從上位機(jī)軟件接收程序更新數(shù)據(jù)，發(fā)起數(shù)據(jù)分發(fā)過程，初始時作為網(wǎng)絡(luò)中唯一的發(fā)送者節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明中，采用數(shù)據(jù)塊的管道式傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，如圖I和圖2所示，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)依據(jù)其到基站的跳數(shù)可以分為不同層，到基站需經(jīng)過N跳無線傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)的集合以下則稱為第N層節(jié)點(diǎn)。
如上所述，網(wǎng)絡(luò)完成一個數(shù)據(jù)塊的完整傳輸所需時段稱為一輪，本發(fā)明所提供的基于數(shù)據(jù)塊的管道式傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)的過程如下(I)在第I輪中，基站節(jié)點(diǎn)通過廣播方式將第一個數(shù)據(jù)塊的所有數(shù)據(jù)包發(fā)送給第I層節(jié)點(diǎn)。第I輪結(jié)束時第I層所有節(jié)點(diǎn)擁有第一個數(shù)據(jù)塊。(2)在第2輪中，第I層中的部分節(jié)點(diǎn)(一般具有更多的鄰居節(jié)點(diǎn)屬于第2層)作為發(fā)送者將第一個數(shù)據(jù)塊發(fā)給 它們的一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，即第2層節(jié)點(diǎn)。所謂一跳鄰居節(jié)點(diǎn)是指與節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)，若節(jié)點(diǎn)之間的距離為2層，則節(jié)點(diǎn)相互為二跳鄰居節(jié)點(diǎn)，以此類推。本申請中，若沒有特殊說明，鄰居節(jié)點(diǎn)則指的是一跳鄰居節(jié)點(diǎn)。第I層的非發(fā)送節(jié)點(diǎn)(可設(shè)置第I層節(jié)點(diǎn)中的部分節(jié)點(diǎn)發(fā)送第一個數(shù)據(jù)塊)進(jìn)入“休眠”狀態(tài)等待本輪結(jié)束。第2輪結(jié)束時，第2層的節(jié)點(diǎn)都擁有第一個數(shù)據(jù)塊。(3)在第3輪中，基站節(jié)點(diǎn)向第I層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第二個數(shù)據(jù)塊，同時第2層節(jié)點(diǎn)向第3層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第一個數(shù)據(jù)塊。以此類推。(4)在第2N-1輪中，基站節(jié)點(diǎn)向第I層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第N個數(shù)據(jù)塊，第2層節(jié)點(diǎn)向第3層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第N-I個數(shù)據(jù)塊，第4層節(jié)點(diǎn)向第5層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第N-2個數(shù)據(jù)塊，.....以此類推。(5)在第2N輪中，基站節(jié)點(diǎn)空閑，第I層節(jié)點(diǎn)向第2層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第N個數(shù)據(jù)塊，與此同時，第3層節(jié)點(diǎn)向第4層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第N-I個數(shù)據(jù)塊，第5層節(jié)點(diǎn)向第6層節(jié)點(diǎn)發(fā)送第N-I個數(shù)據(jù)塊，……以此類推，直到所有數(shù)據(jù)塊傳輸完畢。在某一輪中，同一層節(jié)點(diǎn)中部分作為發(fā)送者，向它們的鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)塊。這些發(fā)送者的其他同層節(jié)點(diǎn)經(jīng)過ADV-REQ過程后若沒有鄰居節(jié)點(diǎn)需要其發(fā)送更新數(shù)據(jù)，將進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，停止接收數(shù)據(jù)包直到本輪結(jié)束。數(shù)據(jù)塊按照塊的序號順序進(jìn)行傳輸，當(dāng)下游層發(fā)送數(shù)據(jù)塊時，其上一層節(jié)點(diǎn)雖然可能收到，但發(fā)送的消息中的塊序號將小于節(jié)點(diǎn)已接收到的最后一個數(shù)據(jù)塊的序號，因此上一層節(jié)點(diǎn)將忽略該消息。對于每一個數(shù)據(jù)塊，通過這種流水線式的管道式傳輸方式，使網(wǎng)絡(luò)中不同層次的盡可能多的節(jié)點(diǎn)同時傳輸不同的數(shù)據(jù)塊，從而能夠減少數(shù)據(jù)分發(fā)時間。為清楚闡述本發(fā)明的方案，首先對本發(fā)明所涉及到的節(jié)點(diǎn)間交換的幾種類型的消息進(jìn)行說明。本發(fā)明所涉及到的在節(jié)點(diǎn)間交換的消息及其用途如表I所示表I
消息名稱 Hil ~^DV通知周圍節(jié)點(diǎn)可傳輸數(shù)據(jù)塊的摘要信息
"^EQ向源節(jié)點(diǎn)請求下載一個數(shù)據(jù)塊
"Iata傳輸實(shí)際待分發(fā)的數(shù)據(jù)
slot與鄰居節(jié)點(diǎn)交換時隙表信息
SYNC實(shí)現(xiàn)與鄰居節(jié)點(diǎn)的時間同步
如圖3所示，在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，包括以下步驟步驟S10，當(dāng)發(fā)送者節(jié)點(diǎn)有新的數(shù)據(jù)塊需要分發(fā)時，向一跳鄰居節(jié)點(diǎn)廣播ADV消
肩、O本申請中的數(shù)據(jù)塊是指將 要分發(fā)的大容量數(shù)據(jù)按固定大小(如1KB)分割得到的一定數(shù)量的數(shù)據(jù)塊。在一個實(shí)施例中，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)廣播的ADV消息包括可傳輸數(shù)據(jù)塊的摘要信息，包括分發(fā)協(xié)議的版本號、分發(fā)數(shù)據(jù)的時間戳和程序版本號或發(fā)送者節(jié)點(diǎn)已收到的數(shù)據(jù)塊的塊數(shù)。步驟S20，收到ADV消息的接收節(jié)點(diǎn)檢測是否需要接收該數(shù)據(jù)塊，若是，則向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息。進(jìn)一步的，在步驟S20中，收到ADV消息的接收者節(jié)點(diǎn)可檢測ADV消息中的分發(fā)協(xié)議的版本號是否與所使用的分發(fā)協(xié)議的版本號相同，如果相同，則進(jìn)一步判斷ADV消息中的程序版本號比已擁有的程序版本號新或ADV消息中的發(fā)送者節(jié)點(diǎn)聲明的數(shù)據(jù)塊序號是否比自身最后接收的數(shù)據(jù)塊的序號大，若是，則向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息請求數(shù)據(jù)塊。步驟S30，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)收到REQ消息，如果擁有REQ消息請求的數(shù)據(jù)塊，則開始向發(fā)送REQ消息的接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包。其中，數(shù)據(jù)塊包括預(yù)設(shè)數(shù)量個固定長度的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)塊中的每個數(shù)據(jù)包對應(yīng)了不同的序號。每一個數(shù)據(jù)塊進(jìn)一步被劃分為固定長度的數(shù)據(jù)包(例如每個數(shù)據(jù)包包含32字節(jié)數(shù)據(jù))，一個數(shù)據(jù)塊中的不同數(shù)據(jù)包對應(yīng)了不同的序號，根據(jù)序號可以得到對應(yīng)的數(shù)據(jù)。步驟S40，接收者節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包，每收到一個數(shù)據(jù)包則將數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量中的位清零。具體的，接收者節(jié)點(diǎn)維護(hù)一個與序號對應(yīng)的位向量，該位向量用于標(biāo)識對應(yīng)的序號的數(shù)據(jù)包是否已接收。例如某位為1，表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)包未接收到，若該位為O,表示相應(yīng)的數(shù)據(jù)包已接收到。初始時，所有序號所對應(yīng)的位都為I，當(dāng)接收者節(jié)點(diǎn)收到一個數(shù)據(jù)包，則將相應(yīng)的序號所對應(yīng)的位設(shè)為O。步驟S50，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送完數(shù)據(jù)塊中的最后一個數(shù)據(jù)包后，等待接收者節(jié)點(diǎn)返回的REQ消息，當(dāng)接收者節(jié)點(diǎn)接收完數(shù)據(jù)塊中的最后一個數(shù)據(jù)包后向發(fā)送者發(fā)送REQ消息，該REQ消息中包含接收者節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包序號所對應(yīng)的位向量。步驟S60，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息，根據(jù)REQ消息中的數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量判斷是否需再次發(fā)送數(shù)據(jù)包，若是，則進(jìn)入步驟S70，否則結(jié)束。發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息后，根據(jù)其中的序號對應(yīng)的位向量的位確定需再次發(fā)送的數(shù)據(jù)包，如果位向量的所有位都為0，則表明發(fā)送REQ消息的該接收者節(jié)點(diǎn)已收到所有的數(shù)據(jù)包，此輪流程結(jié)束。如果有某些位為1，則表明發(fā)送REQ消息的該接收者節(jié)點(diǎn)沒有收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)包(數(shù)據(jù)包可能在傳輸過程中丟失)，則需要將這些數(shù)據(jù)包再次發(fā)送。步驟S70，根據(jù)位向量獲取需再次發(fā)送的數(shù)據(jù)包并發(fā)送至接收者節(jié)點(diǎn)，返回步驟S50。遍歷位向量，獲取所有位為I所對應(yīng)的序號，根據(jù)該序號獲取到對應(yīng)的數(shù)據(jù)包，然后將這些數(shù)據(jù)包再次廣播或單播給鄰居節(jié)點(diǎn)，直到接收者節(jié)點(diǎn)返回的REQ消息中的位向量表明所有數(shù)據(jù)包已接收到。
為清楚闡述上述提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，下面分別從發(fā)送者節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)的角度闡述數(shù)據(jù)分發(fā)過程及節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變換過程。結(jié)合圖4所示，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)(以下也稱發(fā)送者)向鄰居節(jié)點(diǎn)分發(fā)一個數(shù)據(jù)塊時，其所要執(zhí)行的步驟如下步驟101，發(fā)送者有新的數(shù)據(jù)塊要分發(fā)時，進(jìn)入到“發(fā)布”狀態(tài)，準(zhǔn)備發(fā)送ADV消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入步驟102。步驟102，發(fā)送者在發(fā)布狀態(tài)下周期性的向鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送ADV消息并啟動一個超時計時器等待REQ消息。ADV消 息中包含分發(fā)協(xié)議的版本、分發(fā)數(shù)據(jù)的時間戳和程序版本號或發(fā)送者節(jié)點(diǎn)當(dāng)前分發(fā)數(shù)據(jù)塊的序號等。如果在計時器超時發(fā)生前收到一個合法的REQ消息，則進(jìn)入步驟103，否則進(jìn)入步驟108。步驟103，發(fā)送者切換到“發(fā)送”狀態(tài)開始發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的DATA消息，發(fā)送者將REQ消息中的位向量拷貝到本地的發(fā)送向量中，并根據(jù)發(fā)送向量確定下一個要發(fā)送的DATA消息序號。發(fā)送者從RAM或FLASH存儲器中根據(jù)序號取出對應(yīng)數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)包)，封裝在DATA消息中廣播給接收者節(jié)點(diǎn)，發(fā)送完成后將發(fā)送向量中該DATA消息對應(yīng)的位由I置為0，表示對應(yīng)的數(shù)據(jù)包已發(fā)送，進(jìn)入步驟104。步驟104，發(fā)送者發(fā)送DATA消息后檢查發(fā)送向量，如果仍有發(fā)送向量的位為1，則取該位對應(yīng)的數(shù)據(jù)封裝在DATA消息中發(fā)送。如果該位是發(fā)送向量中的最后一個1，則在DATA消息的選項(xiàng)字節(jié)標(biāo)記其為請求的最后一個數(shù)據(jù)包。該過程持續(xù)到發(fā)送向量所有位都為0，即請求的所有數(shù)據(jù)包已發(fā)送，發(fā)送者進(jìn)入“恢復(fù)”狀態(tài)，進(jìn)入步驟105。步驟105，發(fā)送者接收到REQ消息，繼續(xù)等待一定時間以接收來自其他接收者的REQ消息。所有接收者的REQ消息都收到以后，檢查是否有接收者要求重傳數(shù)據(jù)，如上所示，即根據(jù)REQ消息中的位向量查看是否有相應(yīng)位為1，如果有，則進(jìn)入步驟106，否則進(jìn)入步驟107。步驟106，發(fā)送者綜合所有接收者要求重傳的數(shù)據(jù)包并更新發(fā)送向量，由“恢復(fù)”狀態(tài)轉(zhuǎn)入“發(fā)送”狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟104。步驟107，發(fā)送者已成功將當(dāng)前數(shù)據(jù)塊發(fā)送到所有鄰居節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)變角色為接收者，向自己的上游節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息請求接收下一個數(shù)據(jù)塊，進(jìn)入“請求”狀態(tài)。步驟108，發(fā)送者從REQ消息中的狀態(tài)位得知，鄰居節(jié)點(diǎn)不需要其發(fā)布的數(shù)據(jù)時，標(biāo)記該鄰居節(jié)點(diǎn)不需要分發(fā)；或者當(dāng)前忙于其他任務(wù)而不能立即請求時，標(biāo)記該鄰居節(jié)點(diǎn)需要延時。檢查所有的REQ消息后，如果還有鄰居節(jié)點(diǎn)需要分發(fā)，啟動一個延時定時器在一個約定時間后再次發(fā)送ADV消息，進(jìn)入步驟109，否則沒有鄰居節(jié)點(diǎn)需要其發(fā)布的更新數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，并啟動一個定時器在本輪結(jié)束前由“休眠”狀態(tài)轉(zhuǎn)入“空閑”狀態(tài)。步驟109，發(fā)送者的延時定時器到時，轉(zhuǎn)入步驟101重新發(fā)送ADV消息。作為接收者的鄰居節(jié)點(diǎn)則執(zhí)行以下步驟步驟201，接收者收到ADV消息后檢查是否與自己使用的分發(fā)協(xié)議為相同版本，如果協(xié)議版本號不同，則忽略此ADV消息，報告協(xié)議錯誤，否則進(jìn)入步驟202。步驟202，接收者比較程序的版本號和數(shù)據(jù)塊的序號，如果ADV消息中包含的程序版本號更新或者數(shù)據(jù)塊序號更大，則接收者向這個ADV消息的發(fā)送者請求下載更新數(shù)據(jù)。在這種情況下，接收者從“空閑”狀態(tài)切換到“請求”狀態(tài)。步驟203，在“請求”狀態(tài)下，接收者發(fā)送REQ消息給ADV消息的發(fā)送者，并忽略來自其他發(fā)送者的ADV消息。等待來自選定發(fā)送者的DATA消息，進(jìn)入步驟204。步驟204，接收者收到請求的第一個DATA消息時，從“請求”狀態(tài)切換到“接收”狀態(tài)，將位向量的所有位都置為1，表示該數(shù)據(jù)塊的所有DATA消息都尚未收到，持續(xù)等待來自發(fā)送者的DATA消息，進(jìn)入步驟205。步驟205，接收者檢查收到的DATA消息是否與目標(biāo)接收塊的序號匹配(接收者在收到ADV消息后記錄其中的數(shù)據(jù)塊的序號)，并在匹配時將數(shù)據(jù)寫入到存儲器，且置接收到的數(shù)據(jù)包對應(yīng)的位向量相應(yīng)位為O。如果該DATA消息是不需要的(如序號不匹配)，則接收者利用這個監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)包更新本地的時隙表，關(guān)于時隙表的更新過程下面會詳細(xì)闡述，在此先不做描述。步驟206，接收者收到請求的最后一個DATA消息(檢查DATA消息的選項(xiàng)字節(jié)，發(fā)現(xiàn)標(biāo)記位對應(yīng)最后一個數(shù)據(jù)包)，向發(fā)送者發(fā)送REQ消息。如果所有數(shù)據(jù)包都已收到，REQ消息中的位向量的所有位都為0，進(jìn)入步驟207，如果部分需要重傳的數(shù)據(jù)包的位向量的相應(yīng)位為1，等待發(fā)送者重新傳輸丟失的數(shù)據(jù)包，轉(zhuǎn)入步驟205。步驟207，接收者完成了接收這個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)后，轉(zhuǎn)換角色為發(fā)送者，進(jìn)入步驟101嘗試向鄰居節(jié)點(diǎn)分發(fā)剛剛完成接收的數(shù)據(jù)塊。對于接收者，如果在一定時間內(nèi)沒有收到任何ADV消息，則節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入“休眠”狀態(tài)，并啟動定時器在本輪結(jié)束時進(jìn)入“空閑”狀態(tài)。本發(fā)明所提供的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法遵循TDMA調(diào)度，網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)按照TDMA調(diào)度開啟射頻開始收發(fā)操作，在不屬于該節(jié)點(diǎn)的時隙內(nèi)，節(jié)點(diǎn)射頻則進(jìn)入“休眠”狀態(tài)。在一個實(shí)施例中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，包括發(fā)送者節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)，都維護(hù)了一個時隙表。時隙表中的每個項(xiàng)中包含兩個域發(fā)送者和接收者。發(fā)送者為在該時隙進(jìn)行發(fā)送的某一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，接收者為在該時隙內(nèi)進(jìn)行接收的某一跳鄰居節(jié)點(diǎn)；如果在該時隙內(nèi)沒有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送或接收，則相應(yīng)域?yàn)榭?；如果?jié)點(diǎn)要在某個時隙內(nèi)從一跳鄰居節(jié)點(diǎn)接收，則將該時隙的接收者設(shè)為自身。例如，對于如圖5所示的局部網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)每個節(jié)點(diǎn)僅能與它最近的節(jié)點(diǎn)(即一跳鄰居節(jié)點(diǎn))通訊。對于節(jié)點(diǎn)5,它的時隙表可能如表2所示表權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，包括以下步驟 A.當(dāng)發(fā)送者節(jié)點(diǎn)有新的數(shù)據(jù)塊需要分發(fā)時，向一跳鄰居節(jié)點(diǎn)廣播ADV消息； B.收到ADV消息的接收者節(jié)點(diǎn)檢測是否需要接收所述數(shù)據(jù)塊，若是，則向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息； C.發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息，如果擁有REQ消息請求的數(shù)據(jù)塊，則開始向發(fā)送REQ消息的接收者節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)塊包含預(yù)設(shè)數(shù)量個固定長度的數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)塊中的每個數(shù)據(jù)包對應(yīng)了不同的序號； D.接收者節(jié)點(diǎn)接收所述數(shù)據(jù)包,且每收到一個數(shù)據(jù)包則將該數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量中相應(yīng)比特清零； E.發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送完所述數(shù)據(jù)塊中的最后一個數(shù)據(jù)包后，等待接收者節(jié)點(diǎn)返回的REQ消息，當(dāng)接收者節(jié)點(diǎn)接收完所述數(shù)據(jù)塊中的最后一個數(shù)據(jù)包后向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息,該REQ消息中包含接收者節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量； F.發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息，根據(jù)REQ消息中的數(shù)據(jù)包的序號所對應(yīng)的位向量判斷是否需再次發(fā)送數(shù)據(jù)包，若是，則根據(jù)所述位向量獲取需再次發(fā)送的數(shù)據(jù)包并發(fā)送至接收者節(jié)點(diǎn)，返回步驟E，否則結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，所述ADV消息中包含分發(fā)協(xié)議的版本號、分發(fā)數(shù)據(jù)的時間戳和程序版本號或發(fā)送者節(jié)點(diǎn)當(dāng)前分發(fā)數(shù)據(jù)塊的序號；所述步驟B中收到ADV消息的接收者節(jié)點(diǎn)檢測ADV消息中的分發(fā)協(xié)議的版本號是否與所使用的分發(fā)協(xié)議版本號相同，若是，則進(jìn)一步判斷ADV消息中的程序版本號比已擁有的程序版本號新或ADV消息中的發(fā)送者節(jié)點(diǎn)聲明的數(shù)據(jù)塊序號是否比自身最后接收的數(shù)據(jù)塊序號大，若是，則向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送REQ消息請求數(shù)據(jù)塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，所述步驟B中接收者節(jié)點(diǎn)向發(fā)送者節(jié)點(diǎn)發(fā)送的REQ消息中包含請求的數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包的序號和對應(yīng)的位向量；所述步驟C中發(fā)送者節(jié)點(diǎn)接收到REQ消息后，將REQ消息中的序號和對應(yīng)的位向量拷貝到本地的發(fā)送向量中，根據(jù)所述發(fā)送向量確定要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號，并將確定的序號對應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)送至接收者節(jié)點(diǎn)，發(fā)送完成后將發(fā)送向量中所述發(fā)送的數(shù)據(jù)包的序號對應(yīng)的比特置位。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，包括發(fā)送者節(jié)點(diǎn)和接收者節(jié)點(diǎn)，都維護(hù)了一個時隙表，所述時隙表的每一項(xiàng)中包含兩個域發(fā)送者和接收者；所述發(fā)送者為在該時隙進(jìn)行發(fā)送的某一跳鄰居節(jié)點(diǎn)，所述接收者為在該時隙內(nèi)進(jìn)行接收的某一跳鄰居節(jié)點(diǎn)；如果在該時隙內(nèi)沒有一跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行發(fā)送或接收，則相應(yīng)域?yàn)榭?；如果?jié)點(diǎn)要在某個時隙內(nèi)從一跳鄰居節(jié)點(diǎn)接收，則將該時隙的接收者設(shè)為自身。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，所述方法還包括 當(dāng)在屬于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時隙內(nèi)監(jiān)聽到鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，或在節(jié)點(diǎn)的接收時隙內(nèi)收到非預(yù)期節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)時，節(jié)點(diǎn)本地更新時隙表并與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)本地更新時隙表并與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換的步驟包括當(dāng)在屬于節(jié)點(diǎn)的發(fā)送時隙內(nèi)收到其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)或在節(jié)點(diǎn)的接收時隙內(nèi)收到非預(yù)期節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)時，在節(jié)點(diǎn)本地的時隙表中添加一個該節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送者的時隙；當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過來自鄰居節(jié)點(diǎn)的SLOT消息得知自身與另一節(jié)點(diǎn)在某時隙存在沖突時，合并過程中在時隙表中添加一個時隙以該鄰居節(jié)點(diǎn)作為接收者； 如果時隙表添加或合并后發(fā)生了變化，節(jié)點(diǎn)在下一個發(fā)送時隙內(nèi)將更新的時隙表通過SLOT消息廣播給鄰居節(jié)點(diǎn)； 所述鄰居節(jié)點(diǎn)收到SLOT消息時，將SLOT消息中的時隙表與本地維護(hù)的時隙表進(jìn)行合并，再向其鄰居節(jié)點(diǎn)廣播合并后的時隙表。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)本地更新時隙表并與鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交換的步驟還包括 當(dāng)節(jié)點(diǎn)本地的時隙表中已存在作為發(fā)送者的時隙時，節(jié)點(diǎn)在下一個發(fā)送時隙內(nèi)單播SYNC消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，所述SYNC消息中包含下一個鄰居節(jié)點(diǎn)所占用時隙的起始時刻、實(shí)際開始發(fā)送時間； 所述鄰居節(jié)點(diǎn)收到SYNC消息時，計算SYNC消息的發(fā)送節(jié)點(diǎn)到下一個自身占用時隙開始的剩余時間，鄰居節(jié)點(diǎn)根據(jù)所述剩余時間調(diào)整自身的下一個時隙和SYNC消息的發(fā)送節(jié)點(diǎn)的下一個時隙在同一時刻開始。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7任一項(xiàng)所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，所述時隙的長度大于兩倍的平均數(shù)據(jù)包發(fā)送時長。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，節(jié)點(diǎn)根據(jù)本地的時隙表中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的個數(shù)和數(shù)據(jù)塊中數(shù)據(jù)包的數(shù)量設(shè)置數(shù)據(jù)包發(fā)送時的起始序號；所述步驟C中，發(fā)送者節(jié)點(diǎn)從所述起始序號開始至塊尾依次發(fā)送數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包，然后再從塊首開始至所述起始序號依次發(fā)送數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)包。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，其特征在于，按照如下公式計算所述起始序號 Hstart = (NpageAijsi) (mod Npage) 其中，Iii是節(jié)點(diǎn)i的時隙表中發(fā)送節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，Si是節(jié)點(diǎn)i的時隙編號，Npage是一個數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，mod表示取模運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分發(fā)方法，特別適用于對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行程序無線更新的場景。本發(fā)明通過將大容量分發(fā)數(shù)據(jù)劃分為固定大小的數(shù)據(jù)塊、進(jìn)一步劃分為預(yù)設(shè)數(shù)量個固定長度的數(shù)據(jù)包，且每個數(shù)據(jù)包對應(yīng)了不同的序號，通過位向量標(biāo)記接收節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包并請求重傳丟失的包，網(wǎng)絡(luò)中離數(shù)據(jù)源不同距離的節(jié)點(diǎn)可以同時傳輸不同編號的數(shù)據(jù)塊，形成管道式傳輸；節(jié)點(diǎn)通過TDMA方式按時隙發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在檢測到?jīng)_突時動態(tài)調(diào)整時隙表并交換以減少后續(xù)沖突，也可以減少冗余的數(shù)據(jù)接收；多個發(fā)送節(jié)點(diǎn)還可按照不同的起始序號發(fā)送數(shù)據(jù)包，能夠減少數(shù)據(jù)分發(fā)時間，并能減少數(shù)據(jù)分發(fā)過程中的能量消耗。
文檔編號H04W84/18GK102883466SQ20121016414
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者陳亮, 于峰崎 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院