一种停等的数据聚合调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无线传感网络领域的数据传输调度方向，尤其是一种数据聚合调度方 法。
【背景技术】
[0002] 通信可靠性是无线传感器网络中大多数应用的根本要求。在许多应用中，要求每 个数据包成功传递到Sink的概率小于1，如60 - 95% ;该个传输成功的概率足W满足一些 像环境监测（温度，湿度）、农业生产（水箱、灌概）等应用需求。在该些情况下，100%可靠 数据传输费用太高，并且没有必要。但是一些研究表明，在实际无线传感器网络应用中无线 链路数据包错误率高达30 %，还远远不能令人满意。
[0003] 此外，延迟也是无线传感器网络中一个重要的指标。快速的将侦测到事件的信息 传到Sink,W便对发生的事件做出快速的反应对应用起到至关重要的作用。因此，延迟一 般定义为传感器节点感知到数据后，再传送到Sink节点所需要的时间，称之为传输延迟。 在许多安全非常重要的应用中，关键或紧急信息的丢失可能导致严重的财产损失或人员伤 亡，该是我们所不能接受的。
[0004] 由于无线传感器网络数据传输链路本身的不可靠性，因此，有相当多的提高网络 可靠性的研究。现有的研究工作主要有两种措施，即丢包避免和丢包恢复。丢包避免是通 过各种措施减少数据包丢失的发生；丢包恢复是在数据包丢失时通过某种策略进行数据包 的恢复。由于丢包避免方法需要付出相当大的代价，因而出于成本方面的考虑，在网络中 得到广泛应用的机制一般是基于packet-lossrecovery。而基于packet-lossrecovery 可靠性协议又可W分二类：一类是基于失效重传机制，其代表性的协议是Automatic Repeat-reQuest(ARQ)协议；另一类是基于packetsr巧roduction机制的协议。
[0005] 该些事实表明数据可靠、传输延迟在无线传感器网络是需要进一步研究的主要问 题。但据我们目前的研究所知，很少有网络的可靠性与网络延迟综合优化的研究。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种数据聚合调度方法，既能保持较好的网络传输可靠性，又能减少 数据汇聚到Sink节点的时延。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供一种停等的数据聚合调度方法，包括如下步骤：
[000引步骤一、网络分环、分块，分环是对平面圆形网络进行不等宽度的分层，每层宽度 的确定需满足：该层的节点数目比其外层的节点数多，而该个多的节点数刚好使得外层聚 合节点在传送到该层节点时，该层内部节点刚好完成聚合；分块的内环宽度等于节点的发 射半径r;当节点与Sink的距离小于等于r时，节点直接向Sink传输数据，网络不再进行 分环分块；
[0009] 步骤二、块内并行数据聚合，每个块内的非聚合节点在其调度时向块内聚合节点 进行数据传输，如果数据在传输的过程中丢失，需要源节点进行重新传送，直到块内某一聚 合节点成功接收；
[0010] 步骤=、逐环停等的数据聚合，当最外环的每个块实现块内聚合后，每个块的聚合 节点再W广播的形式向上层的在其通信半径范围内的聚合节点进行数据传输和聚合；逐环 实现数据传输聚合到Sink节点。
[0011] 本发明的有益效果是：与当前存在的数据聚合传输调度相比，本发明提出的聚合 调度方法通过到聚合节点的广播形式的重传保持了较好的网络传输可靠性，且通过尽可能 多的节点并行数据传输可减少数据汇聚到Sink节点的时延。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明实施例网络分环示意图。
[0013] 图2为本发明实施例网络分块示意图。
[0014] 图3为本发明实施例聚合调度方法的流程图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图及实例，对本发明做进一步说明。
[0016] 本实施例提供一种停等的数据聚合调度方法，其目的在于，综合优化网络传输可 靠性和传输时延。对于网络模型WSink为圆屯、的半径为R圆形网络，节点均匀分布，其节 点密度为P，节点的发射半径为r，干扰半径为2r。如图3所示，该方法实施包括W下步骤。
[0017] 步骤1 ;网络分环、分块；
[0018] 对平面圆形网络进行不等宽度的分层，如图1所示。假设相邻层之间的节点传输 不存在干扰，在分层的基础上，对每层进行分块，用H(i，j)表示第i个环的第j块，如图2 所示。分块的内环宽度为节点的发射半径为r，假设节点的干扰半径为化，为此，每层每隔 两个块的数据可W同时进行传输。
[0019] 若假设网络最外面环的宽度为5r，其中0<5< 1。根据内环的长度，分 成长度为r的若干numwt= 2 31.(R-5r)/r集合；因此每间隔两个集合的节点可W 实现节点数据的无干扰的并行传输；在每一个集合内，节点分为聚合节点和非聚合节 点，非聚合节点W广播形象向聚合节点发送数据进行聚合；聚合节点再向上层的聚合 节点发送数据。对应最外环的每个块，相应的圆形角度（弧度）；0 =r/(R-5r)， 因此分块面巧
【主权项】
1. 一种停等的数据聚合调度方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、网络分环、分块，分环是对平面圆形网络进行不等宽度的分层，每层宽度的确 定需满足：该层的节点数目比其外层的节点数多，而这个多的节点数刚好使得外层聚合节 点在传送到该层节点时，该层内部节点刚好完成聚合；分块的内环宽度等于节点的发射半 径r;当节点与Sink的距离小于等于r时，节点直接向Sink传输数据，网络不再进行分环 分块； 步骤二、块内并行数据聚合，每个块内的非聚合节点在其调度时向块内聚合节点进行 数据传输，如果数据在传输的过程中丢失，需要源节点进行重新传送，直到块内某一聚合节 点成功接收； 步骤三、逐环停等的数据聚合，当最外环的每个块实现块内聚合后，每个块的聚合节点 再以广播的形式向上层的在其通信半径范围内的聚合节点进行数据传输和聚合；逐环实现 数据传输聚合到Sink节点。
2. 根据权利要求1所述的停等的数据聚合调度方法，其特征在于，步骤一中，每环宽度 关系确定的方法为：假设网络最外面环的宽度为Sr，其中0<S<1，根据内环的长度，分 成长度为r的若干numsrt=2 3i? (R-6r)/;r集合；在每一个集合内，节点分为聚合节点和 非聚合节点，非聚合节点以广播形象向聚合节点发送数据进行聚合，聚合节点再向上层的 聚合节点发送数据；对应最外环的每个块，相应的圆形角度：0 =i7(R-Sr)，因此分块面 积 I后化解得到 」
根据节点的密度P求得每个集合中节点的个数 1=P?Sb^k+k，假设每个Block只有一个聚合节点，重传的次数为y，则最外层层节点完 成数据聚合所需的时间为Tkn= 3 1k(l+i〇,聚合节点对接收到的数据进行进一步的接收 和转发，Tkg=3(l+i〇 ;因此，传输到上层所需的时间为： Tk=Tk_n+Tk_g= 3Ck(l+y)+3(l+y) (1) 对于相邻内层，根据：
节点个数lk-丨二P.Suh，Tk_ln=3| Hd+iO,根据Tk_ln= Tk，得到=Ik+l，为此，推导出每环宽度之间的关系。
3. 根据权利要求1所述的停等的数据聚合调度方法，其特征在于，步骤二中，间隔为2r 的同环的两个块同时进行数据传输。
【专利摘要】本发明公开了一种停等的数据聚合调度方法，包括如下步骤：步骤一、网络分环、分块；步骤二、块内并行数据聚合，每个块内的非聚合节点在其调度时向块内聚合节点进行数据传输，如果数据在传输的过程中丢失，需要源节点进行重新传送，直到块内某一聚合节点成功接收；步骤三、逐环停等的数据聚合，当最外环的每个块实现块内聚合后，每个块的聚合节点再以广播的形式向上层的在其通信半径范围内的聚合节点进行数据传输和聚合；逐环实现数据传输聚合到Sink节点。与当前存在的数据聚合传输调度相比，本发明提出的聚合调度方法通过到聚合节点的广播形式的重传保持了较好的网络传输可靠性，且通过尽可能多的节点并行数据传输可减少数据汇聚到Sink节点的时延。
【IPC分类】H04W72-12
【公开号】CN104703286
【申请号】CN201510102579
【发明人】龙军, 张金焕, 何岸, 张昊
【申请人】中南大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月9日