本發(fā)明屬于無源感知網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種射頻供能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)鏈路數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制切換方法，可用于捕獲射頻能量進(jìn)行通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

無源感知網(wǎng)絡(luò)(batteryfreewirelesssensornetwork,bf-wsn)的節(jié)點(diǎn)通過環(huán)境中泛在的射頻(radiofrequency,rf)信號(hào)捕獲能量，為解決傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetworks,wsn)節(jié)點(diǎn)的能源供給提供了一種新的途徑。bf-wsn節(jié)點(diǎn)運(yùn)行所需的能量來自于rf供能點(diǎn)(如電視塔、蜂窩基站或wi-fi等通信設(shè)施)所發(fā)射的rf信號(hào)，能量捕獲功率極低，通常只有mw甚至μw級(jí)。在能量捕獲功率如此之極的情況下，節(jié)點(diǎn)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓β室搽S之降低，這會(huì)導(dǎo)致通信鏈路的誤碼率增加。而且，由于通信鏈路時(shí)常會(huì)受到周圍電磁信號(hào)的干擾，無線鏈路的質(zhì)量時(shí)好時(shí)壞，極不穩(wěn)定。

在基于ieee802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線域局網(wǎng)(wirelesslocalareanetwork,wlan)和基于ieee802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線個(gè)域網(wǎng)(wirelesspersonalareanetwork,wpan)中，自動(dòng)請求重傳(automaticrepeatrequest,arq)機(jī)制被廣泛采用，arq的主要特點(diǎn)在于只要接收方接收到的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)比特錯(cuò)，發(fā)送方就需要在重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)之后重傳整個(gè)數(shù)據(jù)包，直到接收方正確接收到數(shù)據(jù)包或重傳次數(shù)達(dá)到上限為止。誠然，在鏈路質(zhì)量較好(即數(shù)據(jù)包傳輸成功率較高，重傳次數(shù)較少)時(shí)，arq能很好地工作。但是，在鏈路質(zhì)量較差的情況下，頻繁的比特錯(cuò)會(huì)觸發(fā)頻繁的數(shù)據(jù)包重傳，這不僅會(huì)浪費(fèi)帶寬，而且會(huì)增加收發(fā)雙方的傳輸能耗和傳輸時(shí)延，降低網(wǎng)絡(luò)吞吐率。為了克服arq的不足，公開號(hào)為cn102340391的專利文獻(xiàn)提供一種分段arq自動(dòng)重傳方法，該方法將源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸路徑分為若干arq段，每個(gè)arq段的端節(jié)點(diǎn)為arq節(jié)點(diǎn)，傳輸路徑中除arq節(jié)點(diǎn)之外的節(jié)點(diǎn)為普通節(jié)點(diǎn)，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，普通節(jié)點(diǎn)僅轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，而arq節(jié)點(diǎn)除了轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之外還負(fù)責(zé)發(fā)送確認(rèn)和重傳數(shù)據(jù)包等操作；公開號(hào)為cn102684854的專利文獻(xiàn)提供了一種mac(mediumaccesscontrol)層arq參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整方法，該方法根據(jù)發(fā)送方接收到的nack(negativeacknowledgement,負(fù)確認(rèn))與ack(acknowledgement,確認(rèn))的比值將網(wǎng)絡(luò)狀況分為好、中和差三種情況，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同狀況對arq參數(shù)(arq塊大小、超時(shí)重傳時(shí)間、滑動(dòng)窗口大小等)進(jìn)行調(diào)整。

以上方案并沒有充分考慮無線鏈路質(zhì)量呈動(dòng)態(tài)變化的特性，且節(jié)點(diǎn)所采用的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制固定不變，不能很好地適用于bf-wsn。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服無源感知網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)采用固定數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制導(dǎo)致通信鏈路吞吐率較低的不足，本發(fā)明提供一種鏈路吞吐量較高的無源感知網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)鏈路數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制切換方法，該方法能根據(jù)當(dāng)前的鏈路質(zhì)量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制自動(dòng)切換：當(dāng)鏈路質(zhì)量較好時(shí)，節(jié)點(diǎn)采用arqm(automaticrepeatrequestmechanism,自動(dòng)請求重傳機(jī)制)；當(dāng)鏈路質(zhì)量較差時(shí)，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)切換為brm(blockingretransmissionmechanism,分塊重傳機(jī)制)，提高鏈路的吞吐率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種無源感知網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)鏈路數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制切換方法，包括以下步驟：

發(fā)送方s的操作流程：

步驟11.從rf信號(hào)中捕獲能量，持續(xù)時(shí)間為th；

步驟12.求解優(yōu)化問題op_n得到數(shù)據(jù)包中有效載荷的最優(yōu)分塊個(gè)數(shù)n*；

步驟13.判斷n*是否等于1，若n*等于1，將數(shù)據(jù)包首部中的tm字段置為0，生成數(shù)據(jù)包并采用arqm傳輸數(shù)據(jù)；若n*不等于1，則將tm字段置為1，生成數(shù)據(jù)包并采用brm傳輸數(shù)據(jù)；

步驟14.結(jié)束；

接收方r的操作流程：

步驟21.從rf信號(hào)中捕獲能量，持續(xù)時(shí)間為th；

步驟22.接收來自s的數(shù)據(jù)包，檢查數(shù)據(jù)包首部中tm字段的值，若tm＝0，采用arqm接收并處理數(shù)據(jù)包；若tm＝1，則按brm接收并處理數(shù)據(jù)包；

步驟23.結(jié)束。

進(jìn)一步，所述arqm的過程如下：發(fā)送方s發(fā)送數(shù)據(jù)包給接收方r，發(fā)送結(jié)束后啟動(dòng)重傳計(jì)時(shí)器；若r正確接收到數(shù)據(jù)包，立即向s回復(fù)一個(gè)ack以確認(rèn)數(shù)據(jù)包收到。若數(shù)據(jù)包出現(xiàn)比特錯(cuò)，則r什么也不做；那么，s會(huì)在重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)之后立即重傳數(shù)據(jù)包，若重傳次數(shù)達(dá)到事先所設(shè)定的最大重傳次數(shù)，s停止發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)包。

所述brm的過程如下：發(fā)送方s先將數(shù)據(jù)包的有效載荷劃分為n個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含有效數(shù)據(jù)和塊校驗(yàn)序列(blockchecksequence,bcs)兩個(gè)部分，塊校驗(yàn)序列用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊是否出錯(cuò)，此外，有效載荷中還包含頭部校驗(yàn)序列(headerchecksequence,hcs)，用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)包首部是否出錯(cuò)；數(shù)據(jù)包劃分為n塊之后，其有效載荷中包含hcs，n個(gè)有效數(shù)據(jù)d1,d2,…,dn和n個(gè)塊校驗(yàn)序列c1,c2,…,cn；接著，發(fā)送方s將數(shù)據(jù)包發(fā)送給接收方r，r接收到數(shù)據(jù)包之后，采用尾部中的fcs對數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)，若正確，則向s回復(fù)一個(gè)ack；若存在比特錯(cuò)，則先采用hcs對首部進(jìn)行校驗(yàn)，若首部出錯(cuò)，則什么也不做，等待s重傳原數(shù)據(jù)包；若首部正確，則依次采用c1,c2,…,cn對數(shù)據(jù)塊1，數(shù)據(jù)塊2，...，數(shù)據(jù)塊n進(jìn)行校驗(yàn)，然后，把正確的數(shù)據(jù)塊存入緩沖區(qū)中對應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域并丟棄發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊，然后向s回復(fù)一個(gè)負(fù)確認(rèn)nack以告知s哪些數(shù)據(jù)塊出錯(cuò)；隨后，s向r重傳一個(gè)其有效載荷中僅包含出錯(cuò)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包，如此反復(fù)，直到r成功收到n個(gè)數(shù)據(jù)塊或重傳次數(shù)達(dá)到上限為止。

更進(jìn)一步，所述步驟1.1和2.1中，節(jié)點(diǎn)能量捕獲時(shí)間th的確定：以ph表示節(jié)點(diǎn)的能量捕獲功率，由friss傳輸方程可知：

其中，gs和gr分別表示供能點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的天線增益，λ是電磁波的波長，plost是路徑功率損耗，d是節(jié)點(diǎn)與供能點(diǎn)之間的距離，ps是供能點(diǎn)的發(fā)送功率，μ是rf信號(hào)轉(zhuǎn)換為電能的效率系數(shù)；

以e0表示節(jié)點(diǎn)的初始能量，以eth表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的能量閾值，即只有當(dāng)s和r這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量均大于或等于eth時(shí)，s才開始傳輸數(shù)據(jù)；以τ表示節(jié)點(diǎn)從初始能量e0開始捕獲能量直至其剩余能量達(dá)到eth所持續(xù)的時(shí)間，利用式(1)可得：

τ＝(eth-e0)/ph(2)

以τs和τr分別表示s和r的能量捕獲時(shí)間，那么，從s和r開始捕獲能量的時(shí)刻起直至它們的剩余能量均大于或等于eth所持續(xù)的時(shí)間為：

th＝max{τs,τr}(3)。

再進(jìn)一步，數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)塊長度的確定：以l表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊的長度：

其中，lpacket表示數(shù)據(jù)包的總長度，lhead表示首部的長度，lhcs表示頭部校驗(yàn)序列hcs的長度，lfcs表示尾部的長度；

首部和數(shù)據(jù)塊傳輸成功的概率：以<s,r>表示s和r之間的通信鏈路，以b表示鏈路<s,r>的誤碼率，那么，s傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包給r時(shí)，首部傳輸成功的概率q以及每個(gè)數(shù)據(jù)塊傳輸成功的概率p分別為：

p＝(1-b)^l(6)

數(shù)據(jù)包第k次傳輸成功的概率：以pk(x)表示包含x個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包第k次傳輸成功的概率，x＝1,2,...,n；k＝1,2,...,k，其中，k表示同一個(gè)數(shù)據(jù)包的最大傳輸次數(shù)，結(jié)合式(5)和式(6)可得到求解pk(x)的遞歸式如下：

節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包成功的概率為：

以lk表示節(jié)點(diǎn)第k次傳輸平均發(fā)送的比特?cái)?shù)，有：

其中，表示前k-1次傳輸失敗的概率；ek(x)表示節(jié)點(diǎn)第k次傳輸時(shí)發(fā)送包含1個(gè)數(shù)據(jù)塊,2個(gè)數(shù)據(jù)塊,...,x個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包及對應(yīng)概率的乘積的累加，其表達(dá)式如下：

節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的平均時(shí)延：以r表示節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的速率，以la和ln分別表示ack和nack的長度，以tr表示重傳計(jì)時(shí)器，以t表示節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的平均時(shí)延，有：

以m表示s向r傳輸數(shù)據(jù)包的總個(gè)數(shù)，則鏈路<s,r>中的吞吐率為：

其中，lbcs表示bcs的長度；

使得鏈路<s,r>中的吞吐率最大化的優(yōu)化問題op_n如下：

上式中，nmin和nmax分別表示數(shù)據(jù)包分塊個(gè)數(shù)的下界和上界；

通過求解式(13)可得到數(shù)據(jù)包分塊個(gè)數(shù)的最優(yōu)值n^*，當(dāng)n^*＝1時(shí)，說明在當(dāng)前鏈路環(huán)境下，數(shù)據(jù)包的有效載荷分為1塊吞吐率最大，因此，可設(shè)置數(shù)據(jù)包頭部中tm字段為0，采用arqm進(jìn)行傳輸；當(dāng)n^*>1時(shí)，說明在當(dāng)前鏈路環(huán)境下，需要將數(shù)據(jù)包的有效載荷分為2塊及以上才能使吞吐率最大，那么，可設(shè)置tm字段為1，采用brm進(jìn)行傳輸。

優(yōu)選的，nmin和nmax的確定：在式(13)中，取nmin＝1，表示數(shù)據(jù)包的分塊個(gè)數(shù)至少為1塊；同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)包的傳輸效率，令每個(gè)數(shù)據(jù)塊的長度不小于數(shù)據(jù)包首部lhead加上首部校驗(yàn)序列l(wèi)hcs，可得到nmax的計(jì)算公式如下：

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：該方法能根據(jù)當(dāng)前的鏈路質(zhì)量在自動(dòng)請求重傳和分塊重傳這兩種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制之間自動(dòng)切換，適應(yīng)了通信鏈路質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化的特性，提高通信鏈路的吞吐率。

附圖說明

圖1是arqm的數(shù)據(jù)包格式。

圖2是brm的數(shù)據(jù)包格式。

圖3是緩沖區(qū)分塊編號(hào)。

圖4是nack的格式。

圖5是tm字段示意圖。

圖6是發(fā)送方操作流程圖。

圖7是接收方操作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參照圖1～圖7，一種無源感知網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)鏈路數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制切換方法，包括arqm和brm兩種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制可供選擇。

arqm的過程如下：s(表示發(fā)送方)發(fā)送數(shù)據(jù)包給r(表示接收方)，發(fā)送結(jié)束后啟動(dòng)重傳計(jì)時(shí)器。若r正確接收到數(shù)據(jù)包，立即向s回復(fù)一個(gè)ack以確認(rèn)數(shù)據(jù)包收到。若數(shù)據(jù)包出現(xiàn)比特錯(cuò)，則r什么也不做。那么，s會(huì)在重傳計(jì)時(shí)器超時(shí)之后立即重傳數(shù)據(jù)包，若重傳次數(shù)達(dá)到事先所設(shè)定的最大重傳次數(shù)，s停止發(fā)送當(dāng)前數(shù)據(jù)包。arqm的數(shù)據(jù)包格式如圖1所示。

brm的過程如下：s先將數(shù)據(jù)包的有效載荷劃分為n個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊中包含有效數(shù)據(jù)和塊校驗(yàn)序列(blockchecksequence,bcs)兩個(gè)部分，塊校驗(yàn)序列用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)塊是否出錯(cuò)，此外，有效載荷中還包含頭部校驗(yàn)序列(headerchecksequence,hcs)，用于校驗(yàn)數(shù)據(jù)包首部是否出錯(cuò)。數(shù)據(jù)包劃分為n塊之后，其有效載荷中包含hcs，n個(gè)有效數(shù)據(jù)d1,d2,…,dn和n個(gè)塊校驗(yàn)序列c1,c2,…,cn。接著，s將數(shù)據(jù)包發(fā)送給r，r接收到數(shù)據(jù)包之后，采用尾部中的fcs對數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)，若正確，則向s回復(fù)一個(gè)ack；若存在比特錯(cuò)，則先采用hcs對首部進(jìn)行校驗(yàn)，若首部出錯(cuò)，則什么也不做，等待s重傳原數(shù)據(jù)包；若首部正確，則依次采用c1,c2,…,cn對數(shù)據(jù)塊1，數(shù)據(jù)塊2，...，數(shù)據(jù)塊n進(jìn)行校驗(yàn)，然后，把正確的數(shù)據(jù)塊存入緩沖區(qū)中對應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域(見圖3)并丟棄發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊，然后向s回復(fù)一個(gè)nack(negativeacknowledgement,負(fù)確認(rèn))以告知s哪些數(shù)據(jù)塊出錯(cuò)。隨后，s向r重傳一個(gè)其有效載荷中僅包含出錯(cuò)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包。如此反復(fù)，直到r成功收到n個(gè)數(shù)據(jù)塊或重傳次數(shù)達(dá)到上限為止。brm的數(shù)據(jù)包格式如圖2所示。

如上所述，在每次傳輸中，r把正確的數(shù)據(jù)塊存入緩沖區(qū)中對應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)域并丟棄發(fā)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)塊，同時(shí)必須找出錯(cuò)誤數(shù)據(jù)塊的序號(hào)。為此，我們對brm所采用的緩沖區(qū)做了特別的設(shè)計(jì)，它除了用于暫存數(shù)據(jù)包(或數(shù)據(jù)塊)之外，另一個(gè)作用就是通過對緩沖區(qū)進(jìn)行分塊編號(hào)來記錄每個(gè)數(shù)據(jù)塊在數(shù)據(jù)包中的相對位置，如圖3所示。在圖3中，1號(hào)緩沖區(qū)塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊1，2號(hào)緩沖區(qū)塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊2，以此類推，n號(hào)緩沖區(qū)塊存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊n。此外，0號(hào)緩沖區(qū)塊存儲(chǔ)首部和首部校驗(yàn)序列，而n+1號(hào)緩沖區(qū)塊存儲(chǔ)尾部。收發(fā)雙方在數(shù)據(jù)傳輸過程中維護(hù)相同格式的緩沖區(qū)，接收方通過檢查緩沖區(qū)中尚未存入正確數(shù)據(jù)塊的存儲(chǔ)區(qū)域的編號(hào)，即可知道哪些數(shù)據(jù)塊發(fā)生錯(cuò)誤，隨后，生成nack并回復(fù)給發(fā)送方。nack的格式如圖4所示，其中，b1,b2,…,bn是一串二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)bx＝0時(shí)，表示第x塊正確；當(dāng)bx＝1時(shí)，表示第x塊錯(cuò)誤，x∈{1,2,…,n}。當(dāng)發(fā)送方收到nack之后，檢查b1,b2,…,bn的值即可知道哪些數(shù)據(jù)塊出錯(cuò)需要重傳。

一種無源感知網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對點(diǎn)鏈路數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制切換方法，包括以下步驟：

發(fā)送方s的操作流程：

步驟11.從rf信號(hào)中捕獲能量，持續(xù)時(shí)間為th；

步驟12.求解優(yōu)化問題op_n得到數(shù)據(jù)包中有效載荷的最優(yōu)分塊個(gè)數(shù)n*；

步驟13.判斷n*是否等于1，若n*等于1，將數(shù)據(jù)包首部中的tm字段置為0，按圖1的格式生成數(shù)據(jù)包，采用arqm傳輸數(shù)據(jù)；若n*不等于1，則將tm字段置為1，按圖2的格式生成數(shù)據(jù)包，采用brm傳輸數(shù)據(jù)；

步驟14.結(jié)束。

接收方r的操作流程：

步驟21.從rf信號(hào)中捕獲能量，持續(xù)時(shí)間為th；

步驟22.接收來自s的數(shù)據(jù)包，檢查數(shù)據(jù)包首部中tm字段的值，若tm＝0，采用arqm接收并處理數(shù)據(jù)包；若tm＝1，則按brm接收并處理數(shù)據(jù)包。

步驟23.結(jié)束。

數(shù)據(jù)包首部中的framecontrol字段中有3個(gè)位是保留位，可將這3個(gè)保留位中的1位定義為transmissionmechanism(tm)字段，tm字段用于指明本次傳輸采用何種數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。如圖5所示。

節(jié)點(diǎn)能量捕獲時(shí)間th的確定：以ph表示節(jié)點(diǎn)的能量捕獲功率，由friss傳輸方程可知：

其中，gs和gr分別表示供能點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的天線增益，λ是電磁波的波長，plost是路徑功率損耗，d是節(jié)點(diǎn)與供能點(diǎn)(蜂窩基站、wi-fi接入點(diǎn)或電視塔等)之間的距離，ps是供能點(diǎn)的發(fā)送功率，μ是rf信號(hào)轉(zhuǎn)換為電能的效率系數(shù)。

以e0表示節(jié)點(diǎn)的初始能量，以eth表示節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的能量閾值，即只有當(dāng)s和r這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的剩余能量均大于或等于eth時(shí)，s才開始傳輸數(shù)據(jù)。以τ表示節(jié)點(diǎn)從初始能量e0開始捕獲能量直至其剩余能量達(dá)到eth所持續(xù)的時(shí)間，利用式(1)可得：

τ＝(eth-e0)/ph(2)

以τs和τr分別表示s和r的能量捕獲時(shí)間，那么，從s和r開始捕獲能量的時(shí)刻起直至它們的剩余能量均大于或等于eth所持續(xù)的時(shí)間為：

th＝max{τs,τr}(3)

數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)塊長度的確定：以l表示每個(gè)數(shù)據(jù)塊的長度(單位

為比特)，由圖2可知：

其中，lpacket表示數(shù)據(jù)包的總長度，lhead表示首部的長度，lhcs表示頭部校驗(yàn)序列hcs的長度，lfcs表示尾部的長度。

首部和數(shù)據(jù)塊傳輸成功的概率：以<s,r>表示s和r之間的通信鏈路，以b表示鏈路<s,r>的誤碼率，那么，s傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包給r時(shí)，首部傳輸成功的概率q以及每個(gè)數(shù)據(jù)塊傳輸成功的概率p分別為：

p＝(1-b)^l(6)

數(shù)據(jù)包第k次傳輸成功的概率：以pk(x)表示包含x個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包第k次傳輸成功的概率，x＝1,2,...,n；k＝1,2,...,k，其中，k表示同一個(gè)數(shù)據(jù)包的最大傳輸次數(shù)，結(jié)合式(5)和式(6)可得到求解pk(x)的遞歸式如下：

節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包成功的概率為：

以lk表示節(jié)點(diǎn)第k次傳輸平均發(fā)送的比特?cái)?shù)，有：

其中，表示前k-1次傳輸失敗的概率；ek(x)表示節(jié)點(diǎn)第k次傳輸時(shí)發(fā)送包含1個(gè)數(shù)據(jù)塊,2個(gè)數(shù)據(jù)塊,...,x個(gè)數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)包及對應(yīng)概率的乘積的累加，其表達(dá)式如下：

節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的平均時(shí)延：以r表示節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的速率，以la和ln分別表示ack和nack的長度，以tr表示重傳計(jì)時(shí)器，以t表示節(jié)點(diǎn)傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)包的平均時(shí)延，有：

以m表示s向r傳輸數(shù)據(jù)包的總個(gè)數(shù)，則鏈路<s,r>中的吞吐率為：

其中，lbcs表示bcs的長度。

使得鏈路<s,r>中的吞吐率最大化的優(yōu)化問題op_n如下：

上式中，nmin和nmax分別表示數(shù)據(jù)包分塊個(gè)數(shù)的下界和上界。

通過求解式(13)可得到數(shù)據(jù)包分塊個(gè)數(shù)的最優(yōu)值n^*，當(dāng)n^*＝1時(shí)，說明在當(dāng)前鏈路環(huán)境下，數(shù)據(jù)包的有效載荷分為1塊吞吐率最大，因此，可設(shè)置數(shù)據(jù)包頭部中tm字段為0，采用arqm進(jìn)行傳輸；當(dāng)n^*>1時(shí)，說明在當(dāng)前鏈路環(huán)境下，需要將數(shù)據(jù)包的有效載荷分為2塊及以上才能使吞吐率最大，那么，可設(shè)置tm字段為1，采用brm進(jìn)行傳輸。

nmin和nmax的確定：此外，在式(13)中，取nmin＝1，表示數(shù)據(jù)包的分塊個(gè)數(shù)至少為1塊；同時(shí)，為了保證數(shù)據(jù)包的傳輸效率，令每個(gè)數(shù)據(jù)塊的長度不小于數(shù)據(jù)包首部lhead加上首部校驗(yàn)序列l(wèi)hcs，可得到nmax的計(jì)算公式如下：

本實(shí)施例中，參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1

根據(jù)表1的參數(shù)值和式(14)，可求得nmax＝11。即在優(yōu)化問題op_n中，n∈[1,11]，可通過枚舉法求解最優(yōu)分塊個(gè)數(shù)n*。

此外，分別設(shè)置鏈路<s,r>的誤碼率b＝1000^-1,2000^-1,3000^-1,4000^-1,5000^-1。s和r與供能點(diǎn)之間的距離在5至15米之間隨機(jī)選取，s向r傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包個(gè)數(shù)m＝5000，節(jié)點(diǎn)接收或發(fā)送1比特?cái)?shù)據(jù)的能耗為10nj。