专利名称：数据转发控制方法、装置及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通信网络技术，尤其涉及一种数据转发控制方法、装置及系统。
背景技术：
在无线传感器网络中，一般包含有如下两种类型的节点一种为传感器节点 (Sensor Node)，此类节点上配备有各种类型的传感器，负责对周围环境的探测与感知；另 外一种为汇聚节点(Sink Node)，此类节点具有收集来自其它传感器节点信息的功能。并且 通常都配备两个以上的网络接口，一方面通过无线传感器网络接口与底层的无线传感器网 络节点进行通信，另一方面通过连接的以太网或无线网络接入上层网络。汇聚节点又分为固定汇聚节点与移动汇聚节点，相比于固定汇聚节点，移动汇聚 节点具有能够实现均勻网络负载分布、能量重复补充等优点。特别是当以移动终端(Mobile Terminal，简称MT)作为移动汇聚节点时，还可以有助于利用市场上大量存在的商用移动 终端有效地降低传感器网络部署代价。此外，利用无所不在的移动终端，还可以大大延长网 络生命、提高网络性能。无线传感网络与移动网络的结合具有极大的现实意义和经济价值，这两者的有机 结合是实现未来“泛在网络”的基础，是目前传感网领域和移动通信领域以及计算领域的一 个研究热点。其中，最后一跳传感节点到移动汇聚节点的有效连接是两个网络融合的关键。 目前的技术方案都假设各个传感节点自行选择到移动汇聚节点的路由，主要存在以下几个 方面的缺点1. 一般假设传感器节点自行进行移动汇聚节点的选择，因此在多移动汇聚节点 的场景下，产生多个源节点都选择了同一个移动汇聚节点进行数据转发的负载不均衡的状 态，从而，导致某个汇聚节点的路由堵塞以及能量的快速耗尽；2.这种各个传感节点自治的无序状态将加剧竞争和冲突，特别当传感节点数量众 多时，这种竞争和冲突将达到系统无法忍受的程度，且由于各个节点需要监听其他节点的 通信状态，不仅浪费了传感节点宝贵的有限能量，且恶化了数据转发延时。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种数据转发控制方法、装置及系统，使得移动汇聚节点 负载均衡，避免移动汇聚节点的路由堵塞及传感器节点之间的相互竞争。为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种数据转发控制方法，包括接 收各个移动汇聚点发送的对于各个传感器节点的转发数据能力的综合信息，并根据所述综 合信息生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩阵；通过竞争算法对所述二维矩阵的 进行处理，使得所述二维矩阵中每一行最多只有一个非零值，即每个传感器节点最多只有 一个移动汇聚节点为其转发数据；根据对所述二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移 动汇聚节点进行配对。为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供一种数据转发控制装置，包括矩阵生成模块，用于根据接收到的各个移动汇聚点发送的对于各个传感器节点的转发数据 能力的综合信息，生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩阵；矩阵处理模块，用于 通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，使得所述二维矩阵中每一行最多只有一个非零 值；配对模块，用于根据对所述二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进 行配对。为实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供一种数据转发系统，包括传感 器节点，用于当有数据需要转发时发送请求信息至移动汇聚节点；移动汇聚节点，用于当 接收到所述请求信息时，根据信道状况判断是否能够为所述传感器节点转发数据，并生成 对于各个传感器节点的转发数据能力的综合信息发送至所述数据转发控制装置；数据转发 控制装置，用于根据接收到的所述综合信息生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩 阵，通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，并根据对所述二维矩阵的处理结果对所述 传感器节点和移动汇聚节点进行配对。本发明的数据转发控制方法、装置及系统，通过将移动汇聚节点和需要数据转发 的传感节点进行一对一数据转发配对，使得移动汇聚节点负载均衡，避免某个移动汇聚节 点的路由堵塞以及能量的快速耗尽。同时，传感器节点和移动汇聚节点不需要再相互监听 各自的通信状态，减少了传感器节点之间的无序竞争，节约传感器节点的能量，并降低数据 转发的延时。
图1是本发明数据转发控制方法实施例的流程图；图2是本发明数据转发控制装置生成的一种二维矩阵示意图；图3是本发明数据转发控制装置生成的另一种二维矩阵示意图；图4是本发明数据转发控制方法实施例中对二维矩阵进行处理的流程图；图fe、图恥、图5c是本发明数据转发控制方法实施例中对一种二维矩阵进行处理 过程中各步骤的处理结果示意图；图6a、图6b、图6c是本发明数据转发控制方法实施例中对另一种二维矩阵进行处 理过程中各步骤的处理结果示意图；图7是本发明数据转发控制装置实施例结构图；图8是本发明数据转发系统实施例结构图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明进行详细说明。方法实施例图1是本发明数据转发控制方法实施例的流程图。如图1所示，本实施例包括以 下步骤步骤102，当网络中的传感器节点有数据要传输时，向移动汇聚节点以时分、频分 或者竞争的方式发送请求信息，请求信息中可以携带自己的ID，以及要求的QoS参数信息；步骤104，每个移动汇聚节点监听传感节点的请求消息，并根据信道状况判断是否 能为这些传感器节点转发数据，比如移动汇聚节点可以根据信道状况，估计最大可传输数据率，然后判断是否能满足传感节点的速率需求；每个移动汇聚节点记录自身能为哪些传 感器节点进行数据转发，并根据系统的性能和开销需求，为这些传感器节点生成相应的转 发数据能力的综合信息，并上报至数据转发控制装置；步骤106，数据转发控制装置接收综合信息；步骤108，数据转发控制装置根据综合信息生成关于移动汇聚节点和传感器节点 的二维矩阵；根据移动汇聚节点发送综合信息的信息量的不同，可以生成两种二维矩阵形 式矩阵I和矩阵II，矩阵I，如果每个移动汇聚节点所上报的综合信息只是简单的其能进行数据转发 的那些传感节点的ID，则数据转发控制装置构造矩阵I形式，有ID信息的传感节点表示该 移动汇聚节点可为其进行数据转发，无ID信息的传感节点则表示该移动汇聚节点不能为 其进行数据转发，如图2所示；在矩阵I中，列坐标代表移动汇聚节点，行坐标代表传感节 点，“1”表示所述移动汇聚节点能够为对应的传感器节点的转发数据；“0”表示相应的移动 汇聚节点不能够为对应的传感器节点转发数据；因此，从图2中就能直观地看出哪个汇聚 节点可以为哪个传感节点进行数据转发；矩阵II，如果每个移动汇聚节点所上报的综合信息除包括那些其能进行数据转发 的那些传感节点的ID，还包含其他信息，如传感器节点到所述移动汇聚节点的链路质量信 息、所述移动汇聚节点本身的能量状态信息、所述传感器节点所要求的延时信息和/或所 需转发信息的优先级信息；如图3所示，在矩阵II中，“0”表示相应的移动汇聚节点不能够为对应的传感器 节点转发数据；非零值Ci, j表示相应的移动汇聚节点为相应的传感器节点转发数据的能力 的量化值；非零值Cy可根据系统的不同要求表示不同的信息，例如可以表示源传感器节 点到移动汇聚节点的链路状态，也可以是表示移动汇聚节点的能量状态，或者各种信息的 优先级，甚至不同信息对延时的不同要求；为节省开销，可以考虑将这些信息进行一定程度 的量化，量化精度越高，则反馈的信息越多，开销越大；当非零数值Ci, J表示传感节点到移 动汇聚节点的链路质量，以香农公式计算得出的最高可达速率表征，如果采用3比特量化 精度的话，则非零数值Ciij的取值范围为(1，2，......，7)；步骤110，通过竞争算法对二维矩阵的进行处理，使得二维矩阵中每一行最多只有 一个非零值，即每个传感器节点最多只有一个移动汇聚节点为其转发数据；步骤112，根据对二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进行配 对；步骤114，将配对结果广播通知移动汇聚节点和传感器节点。本实施例中，通过将移动汇聚节点和需要数据转发的传感节点进行一对一数据转 发配对，使得移动汇聚节点负载均衡，避免某个移动汇聚节点的路由堵塞以及能量的快速 耗尽。另外，传感器节点和移动汇聚节点不需要再相互监听各自的通信状态，减少了传感器 节点之间的无序竞争，节约传感器节点的能量，并降低数据转发的延时。优选地，所述步骤114中，数据转发控制装置还进一步对上述配对结果进行时隙 分配，并将时隙分配结果及配对结果广播给所述传感器节点和移动汇聚节点。由于数据转 发控制装置进行集中控制，并将传感节点和移动汇聚节点的配对结果，以及对配对结果进 行时隙分配的结果广播给移动汇聚节点和传感节点，传感器节点和移动汇聚节点之间不需要再相互监听各自的通信状态，减少了传感器节点之间的无序竞争和冲突，节约传感器节 点的能量，并降低数据转发的延时。如图4所示，通过竞争算法对二维矩阵的进行处理具体包括以下步骤步骤402，如图fe和图6a所示，查找只有j = 1个为非零值的行；步骤404，判断这些非零值是否在相同的列，如果是，执行步骤406或408 ；如果否， 执行步骤410 ；步骤406，对于矩阵I，从如图恥所示，这些行中随机选择一行保留其非零值；步骤408，对于矩阵II，从如图6b所示，保留具有最大值的行，其余行相应的列位
置置零；步骤410，从如图恥和图6b所示，则各行保留其各自的非零值；步骤412，判断是否每行只有一个非零值，如果是，则结束；如果否，执行步骤414 ；步骤414，查找有j = j+1个为非零值的行；步骤416，判断这些非零值是否处于相同的列，如果是，执行步骤418或420 ；如果 否，执行步骤422或424 ；步骤418，对于矩阵I，如图5c所示，各行在不同的列里选择一非零值，其余置零；步骤420，对于矩阵II，如图6c所示，各行在不同的列里选择一非零值，使总合最 大，其余置零；步骤422，如图5c所示，各行在不同的列里选择一个非零值，其余置零；步骤424，如图6c所示，各行保持其最大值，其余置零；步骤426，判断是否每行只有一个非零值，如果是，则结束；如果否，重复上述步骤 414，直到二维矩阵中每行最多只有一个非零值为止。本实施例中，通过上述简单的矩阵处理，使矩阵中的每行将最多只有一个非零值， 即意味着每个传感器节点都尽可能地被指派了一个移动汇聚节点，使其组成一对一的数据 转发配对关系；并且每个移动汇聚节点也只为一个传感器节点转发数据，使得移动汇聚节 点负载均衡，避免某个移动汇聚节点的路由堵塞以及能量的快速耗尽。装置实施例图7为本发明数据转发控制装置实施例结构图，如图7所示，本实施例包括矩阵生成模块702，用于根据接收到的各个移动汇聚点发送的对于各个传感器节 点的转发数据能力的综合信息，生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩阵；矩阵处理模块704，用于通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，使得所述二维 矩阵中每一行最多只有一个非零值；配对模块706，用于根据对所述二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇 聚节点进行配对。优选地，本实施例数据转发控制装置还包括时隙分配模块708，用于对所述传感器 节点和移动汇聚节点的配对结果进行时隙分配。本实施例的数据转发控制装置，通过根据综合信息生成二维矩阵，并对矩阵进行 处理，使得矩阵中的每行将最多只有一个非零值，即意味着每个传感器节点都尽可能地被 指派了一个移动汇聚节点，使其组成一对一的数据转发配对关系；并且每个移动汇聚节点 也只为一个传感器节点转发数据。使得移动汇聚节点负载均衡，避免某个移动汇聚节点的路由堵塞以及能量的快速耗尽。另外，传感器节点和移动汇聚节点不需要再相互监听各自 的通信状态，减少了传感器节点之间的无序竞争，节约传感器节点的能量，并降低数据转发 的延时。系统实施例图8是本发明数据转发系统实施例结构图，如图8所示，本实施例包括传感器节点82，用于当有数据需要转发时发送请求信息至移动汇聚节点，其中，请 求信息包括传感器节点82的ID及其数据转发所要求的QoS参数；移动汇聚节点84，用于当接收到所述请求信息时，根据信道状况判断是否能够为 所述传感器节点转发数据，并生成对于各个传感器节点的转发数据能力的综合信息发送至 所述数据转发控制装置；数据转发控制装置86，用于根据接收到的所述综合信息生成关于移动汇聚节点和 传感器节点的二维矩阵，通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，并根据对所述二维矩 阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进行配对。数据转发控制装置86的生成二维矩阵及对该矩阵进行处理的具体操作在上述方 法实施例中已经具体描述，在此不再赘述。优选地数据转发控制装置86还对配对结果进行时隙分配，并将时隙分配结果及 配对结果广播给传感器节点和移动汇聚节点。其中，数据转发控制装置可以为单独的网元 或位于基站中。本实施例的数据转发系统，通过将移动汇聚节点和需要数据转发的传感节点进行 一对一数据转发配对，使得移动汇聚节点负载均衡，避免某个移动汇聚节点的路由堵塞以 及能量的快速耗尽。同时，传感器节点和移动汇聚节点不需要再相互监听各自的通信状态， 减少了传感器节点之间的无序竞争，节约传感器节点的能量，并降低数据转发的延时。应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述 举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利 要求范围中。
权利要求
1.一种数据转发控制方法，其特征在于，包括接收各个移动汇聚点发送的对于各个传感器节点的转发数据能力的综合信息，并根据 所述综合信息生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩阵；通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，使得所述二维矩阵中每一行最多只有一个 非零值，即每个传感器节点最多只有一个移动汇聚节点为其转发数据；根据对所述二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进行配对。
2.根据权利要求1所述的数据转发控制方法，其特征在于，所述通过竞争算法对所述 二维矩阵的进行处理的操作包括查找只有一个为非零值的行，并判断这些非零值是否在相同的列；如果在相同的列，则 从这些行中随机选择一行保留其非零值或者保留具有最大值的行，其余行相应的列位置置 零；如果这些非零值分布在不同的列，则各行保留其各自的非零值；判断所述各行二维矩阵中各行是否最多只有一个非零值，如果是，结束流程；如果否， 则查找有两个为非零值的行，判断这些非零值是否处于相同的列；如果在相同的列，则各行 在不同的列里选择一非零值，或各行在不同的列里选择一非零值，使总合最大，其余置零; 如果在不同的行，则各行在不同的列里选择一个非零值，或者各行保持其最大值，其余置 零；判断所述各行二维矩阵中各行是否最多只有一个非零值，如果是，结束流程；如果否， 按照上述方式依次查找三个及三个以上为非零值的行，并相应进行处理，直到所述二维矩 阵中每行最多只有一个非零值为止。
3.根据权利要求1或2所述的数据转发控制方法，其特征在于，所述综合信息包括所 述移动汇聚节点是否能够为所述传感器节点转发数据；所述二维矩阵中，“1”表示所述移动汇聚节点能够为对应的传感器节点的转发数据； “0”表示相应的移动汇聚节点不能够为对应的传感器节点转发数据。
4.根据权利要求1或2所述的数据转发控制方法，其特征在于，所述综合信息包括所 述传感器节点到所述移动汇聚节点的链路质量信息、所述移动汇聚节点本身的能量状态信 息、所述传感器节点所要求的延时信息和/或所需转发信息的优先级信息；所述二维矩阵中，“0”表示相应的移动汇聚节点不能够为对应的传感器节点转发数据； 非零值表示相应的移动汇聚节点为相应的传感器节点转发数据的能力的量化值。
5.根据权利要求4所述的数据转发控制方法，其特征在于，当所述非零值表示所述传感器节点到所述移动汇聚节点的链路质量时，所述非零值为 利用香农公式计算得到的最高可达速率表达式。
6.一种数据转发控制装置，其特征在于，包括矩阵生成模块，用于根据接收到的各个移动汇聚点发送的对于各个传感器节点的转发 数据能力的综合信息，生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩阵；矩阵处理模块，用于通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，使得所述二维矩阵中 每一行最多只有一个非零值；配对模块，用于根据对所述二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进 行配对。
7.根据权利要求6所述的数据转发控制装置，其特征在于，还包括时隙分配模块，用于对所述传感器节点和移动汇聚节点进行时隙分配。
8.一种数据转发系统，其特征在于，包括传感器节点，用于当有数据需要转发时发送请求信息至移动汇聚节点；移动汇聚节点，用于当接收到所述请求信息时，根据信道状况判断是否能够为所述传 感器节点转发数据，并生成对于各个传感器节点的转发数据能力的综合信息发送至所述数 据转发控制装置；数据转发控制装置，用于根据接收到的所述综合信息生成关于移动汇聚节点和传感器 节点的二维矩阵，通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，并根据对所述二维矩阵的处 理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进行配对。
9.根据权利要求8所述的数据转发系统，其特征在于，所述请求信息包括所述传感器 节点的ID及其数据转发所要求的QoS参数。
10.根据权利要求8所述的数据转发系统，其特征在于，所述数据转发控制装置，还对 配对结果进行时隙分配，并将时隙分配结果及配对结果广播给所述传感器节点和移动汇聚 节点。
11.根据权利要求8所述的数据转发系统，其特征在于，所述数据转发控制装置为单独 的网元或位于基站中。
全文摘要
本发明公开了一种数据转发控制方法、装置及系统。其中数据转发控制方法包括接收各个移动汇聚点发送的对于各个传感器节点的转发数据能力的综合信息，并根据综合信息生成关于移动汇聚节点和传感器节点的二维矩阵；通过竞争算法对所述二维矩阵的进行处理，使得二维矩阵中每一行最多只有一个非零值，即每个传感器节点最多只有一个移动汇聚节点为其转发数据；根据对二维矩阵的处理结果对所述传感器节点和移动汇聚节点进行配对。本发明的数据转发控制方法、装置及系统，通过将移动汇聚节点和需要数据转发的传感节点进行一对一数据转发配对，使得移动汇聚节点负载均衡，避免某个移动汇聚节点的路由堵塞以及能量的快速耗尽。
文档编号H04W28/14GK102083139SQ20091019976
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月26日 优先权日2009年11月26日
发明者陈霞 申请人:中国移动通信集团上海有限公司