本发明涉及数据传输
技术领域：
，特别是涉及一种传感器网络数据传输自适应方法和系统。
背景技术：
：ieee制定了ieee802.15.4标准，目前主要用于低速无线个域网(low-ratewirelesspersonalareanetwork,lr-wpan)和无线传感器网络(wsn)。该标准定义了相应的物理层(phy)和媒体访问控制接入层(mac)协议。mac层主要支持两种模式:信标模式和非信标模式，在信标模式中允许可选择性地使用超帧结构。超帧的格式如图1所示，主要分为活跃和不活跃两个部分。在不活跃期间，节点进入休眠状态以节省能量。活跃期由3个部分组成:信标阶段、竞争访问时段(contentionaccessperiod,cap)和非竞争访问时段(contentionfreeperiod,cfp)。其中，信标阶段主要用于协调器周期性与设备进行同步；cap时段用于非实时应用需求，采用csma/ca机制降低无线信道传输数据时发生冲突的可能性；cfp时段主要用于有延时约束的实时业务需求。ieee802.15.4标准中，超帧结构的活跃期划分为16个时隙，超帧结构的活跃期最多有7个保证时隙(guaranteedtimeslot,gts)，每个gts可以由若干个时隙组成。信道接入机制分为两种：有竞争的和无竞争的。在基于竞争的信道接入中，所有设备通过csma/ca机制使用相同的信道传输数据，第一个发现信道未被占用的设备可以传输。而在无竞争的信道接入中，pan协调器给每个设备指定一个时隙，即保证时隙(gts)。ieee802.15.4作为wsn底层采用的可选标准之一，虽然其在信标工作模式下提供了用于实时通信场合的gts(guaranteedtimeslot)机制，但是仍然有一些因素限制了gts机制的应用。首先，设备如果需要gts机制，必须先发送gts请求；其次，对于一些敏感的事件(如gts请求、报警等)，在传输的过程中并未进行区分，而mac协议使用超帧结构，也就是时间被划分为超帧，每个超帧都有一个信标帧和一个通信阶段。在wsn网络中，事件触发性的数据与周期性采集的数据对传输延迟的要求具有显著的不同。不同随机数据的实时性与可靠性要求是不同的，例如，敏感紧急事件数据具有极高的实时性要求，若对敏感的事件未进行区分，将影响敏感事件的传输上报。基于此，为ieee802.15.4协议提供相应事件的区分服务及qos(qualityofservice，服务质量)支持成为必须解决的问题。技术实现要素：基于此，有必要针对对于一些敏感的事件(如gts请求、报警等)，在传输的过程中并未进行区分的问题，提供一种传感器网络数据传输自适应方法和系统。一种传感器网络数据传输自适应方法，包括：当mac层处于信标模式时，网络协调器将当前超帧结构的参数信息字段装入信标帧中，并将该信标帧广播发送给网络中其他所有的传感器节点；若传感器节点需要在cfp期间采用gts进行通信，则发送gts请求帧给网络协调器；网络协调器通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级，并根据优先级的高低对传感器节点排序；网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容，并将信标帧广播给在信标帧中开启gts域的传感器节点；其中信标帧的内容包括设备地址(deviceid)、gts时隙起始位置和gts长度；所述传感器节点根据所述gts长度和时隙起始位置调整队列占用率和队列长度；所述传感器节点按照调整后的队列占用率和队列长度进行传输数据。优选地，通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级的步骤包括：在所述恶劣等级表中查找传感器节点的数据恶劣等级；其中，所述恶劣等级表是将传感器节点本次传输数据之前的数据处理结果进行统计制表；根据所述恶劣等级计算对应传感器节点的优先级。优选地，根据所述恶劣等级计算第n个传感器节点的归一化优先级的计算公式为：其中，bn为第n个传感器节点的数据恶劣等级，∑b为所有发出gts请求帧的传感器节点的数据恶劣等级之和，n为传感器节点序号。优选地，网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容的步骤包括：按照传感器节点的优先级的高低，依次为在信标帧中开启gts域的传感器节点分配由长到短的gts长度和由先到后的时隙起始位置。优选地，网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容的步骤还包括：协调器将没申请到gts的传感器节点的gts描述字段中的长度设置为清除标志，并将所述清除标志发送给在信标帧中开启gts域的传感器节点；传感器节点收到清除标志后，释放gts，更改gts允许位。一种传感器网络数据传输自适应系统，包括：协调器广播单元、传感节点请求发送单元、优先级确定单元、信标帧修改单元、队列调整单元和数据传输单元；所述协调器广播单元，用于当mac层处于信标模式时，网络协调器将当前超帧结构的参数信息字段装入信标帧中，并将该信标帧广播发送给网络中其他所有的传感器节点；所述传感节点请求发送单元，用于若传感器节点需要在cfp期间采用gts进行通信，则发送gts请求帧给网络协调器；所述优先级确定单元，用于网络协调器通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级，并根据优先级的高低对传感器节点排序；所述信标帧修改单元，用于网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容，并将信标帧广播给在信标帧中开启gts域的传感器节点；其中信标帧的内容包括设备地址(deviceid)、gts时隙起始位置和gts长度；所述队列调整单元，用于所述传感器节点根据所述gts长度和时隙起始位置调整队列占用率和队列长度；所述数据传输单元，用于所述传感器节点按照调整后的队列占用率和队列长度进行传输数据。优选地，所述优先级确定单元，还用于在所述恶劣等级表中查找传感器节点的数据恶劣等级；其中，所述恶劣等级表是将传感器节点数据的处理结果进行统计制表；根据所述恶劣等级计算对应传感器节点的优先级。优选地，根据所述恶劣等级计算第n个传感器节点的归一化优先级的计算公式为：其中，bn为第n个传感器节点的数据恶劣等级，∑b为所有发出gts请求帧的传感器节点的数据恶劣等级之和，n为传感器节点序号。优选地，所述信标帧修改单元，还用于按照传感器节点的优先级的高低，依次为在信标帧中开启gts域的传感器节点分配由长到短的gts长度和由先到后的时隙起始位置。优选地，所述信标帧修改单元，还用于协调器将没申请到gts的传感器节点的gts描述字段中的长度设置为清除标志，并将所述清除标志发送给在信标帧中开启gts域的传感器节点；传感器节点收到清除标志后，释放gts，更改gts允许位。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：可以为不同业务节点设置不同优先级，提供区分服务，以便在节点较多时，使高优先级节点的信息得到优先传输；改进了分配机制，在ieee802.15.4协议的基础上，增加区分服务支持；可以跟踪环境变化，有较强的环境适应性。本方案能够让不同的传感器节点发送的数据得到不同的信道资源，确保让恶劣等级高或紧急事件抢先进行gts通信，以解决紧急事件数据的延迟和阻塞的问题。附图说明图1为ieee802.15.4网络中的超帧结构图；图2为第一实施例的传感器网络数据传输自适应方法的示意性流程图；图3为第一实施例的传感器网络数据传输自适应方法的硬件结构示意性框图；图4为第二实施例的传感器网络数据传输自适应系统的示意性结构图。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1参见图1-3，一种传感器网络数据传输自适应方法，包括：s11，当mac层处于信标模式时，网络协调器将当前超帧结构的参数信息字段装入信标帧中，并将该信标帧广播发送给网络中其他所有的传感器节点；步骤s11的执行主体是协调器，在同一网络下存在多个传感器节点，比如应变传感器节点、温度传感器节点、加速度传感器节点，所述协调器和各个传感器节点通信连接，应变传感器节点、温度传感器节点、加速度传感器节点均可以将各自的数据上传到协调器中。需要说明的是，各个传感器节点通过超帧结构传输数据到协调器。超帧结构如图1所示，主要分为活跃和不活跃两个部分。在不活跃期间，节点进入休眠状态以节省能量。活跃期由3个部分组成:信标阶段、竞争访问时段(contentionaccessperiod,cap)和非竞争访问时段(contentionfreeperiod,cfp)。其中，信标阶段主要用于协调器周期性与设备进行同步；cap时段用于非实时应用需求，采用csma/ca机制降低无线信道传输数据时发生冲突的可能性；cfp时段主要用于有延时约束的实时业务需求。s12，若传感节点需要在cfp期间采用gts进行通信，则发送gts请求帧给网络协调器。不要和协调器进行数据通信的传感器节点，不做任何动作。s13，网络协调器通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级，并根据优先级的高低对传感器节点排序；步骤s13包括：在所述恶劣等级表中查找传感器节点的数据恶劣等级；其中，所述恶劣等级表是将传感器节点本次传输数据之前的数据处理结果进行统计制表；根据所述恶劣等级计算对应传感器节点的优先级。其中，所述恶劣等级表是将传感器节点本次传输数据之前的数据处理结果进行统计制表；通过计算，恶劣等级越高，相应的优先级越高。通过对传感器节点排序，调整信标帧中优先级数据值，以便不同数据对应的采集节点上传的数据包获得不同的信道资源。如果系统刚运行，没有以前的处理结果，则根据出厂配置设置。对于当前没有设置为高优先级的业务节点，如果有突发的紧急事件，则不会在当前的超帧中占有gts，如果其恶劣等级能够排在所有节点的恶劣等级的前7位，则会在下一个超帧中占据gts。因为超帧的时间很短，所以在实际环境中，不影响实时性。表1恶劣等级表表1是恶劣等级表，横坐标为参数类型，例如可以温度、加速度、应力或者其它传感器节点采集的参数。根据危险等级设置阈值。阈值级数越大，表明恶化越严重，情况越危险。如果传感器节点上传的数据的测量值低于阈值1，那么该数据的阈值编号为0；如果数据的测量值大于阈值m，那么该数据的阈值编号为m，即危险等级是m级。假设节点1上传的测量结果在阈值p和阈值p+1之间，那么节点1的阈值编号b1＝p，恶劣等级是p级；假设节点2的测量结果在阈值q和阈值q+1之间，那么节点2的阈值编号b2＝q，危险等级是q级；以此类推，得到节点n-1的阈值编号bn-1，节点n的阈值编号bn.每个传感器网络的节点可以采集参数1至参数i中任意一种参数。传感器协调器网络对所有节点设置序号。根据每个节点上传的参数类型，查找到相应的阈值。将所有的阈值编号累加，即p+q+···+bn-1+bn，得到阈值编号总和∑b。数据1的归一化优先级数据2的归一化优先级···数据n的归一化优先级：其中，bn为第n个传感器节点的数据恶劣等级，∑b为所有发出gts请求帧的传感器节点的数据恶劣等级之和，n为传感器节点序号。对于归一化优先级排名前7位的节点设为高优先级节点，对所有的高优先级传感器节点按照归一化优先级从高到低的排列顺序，分别赋予不同的gts长度和时隙起始位置，其对应本传感器节点的队列占用率；同时将对应传感器节点的设备地址(deviceid)填入信标帧中，ieee802.15.4gts描述字段格式如表2：表2ieee802.15.4gts描述字段格式位0-15位16-19位20-23设备地址时隙起始位置gts长度s14，网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容，并将信标帧广播给在信标帧中开启gts域的传感器节点；其中信标帧的内容包括设备地址(deviceid)、gts时隙起始位置和gts长度；网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容包括：按照传感器节点的优先级的高低，依次为在信标帧中开启gts域的传感器节点分配由长到短的gts长度和由先到后的时隙起始位置。更近一步地，网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容的步骤还包括：协调器将没申请到gts的传感器节点的gts描述字段中的长度设置为清除标志，并将所述清除标志发送给在信标帧中开启gts域的传感器节点；传感器节点收到清除标志后，释放gts，更改gts允许位。当协调器收到gts释放请求，释放较低优先级的传感器节点的gts。协调器重新分配gts时隙起始位置，并且重新配置gts长度。协调器将广播发送包含gts分配信息的信标帧给所有在信标帧中开启gts域的设备，其中信息包括gts时隙的起始位置、gts长度。s15，所述传感器节点根据所述gts长度和时隙起始位置调整队列占用率和队列长度；s16，所述传感器节点按照调整后的队列占用率和队列长度进行传输数据。比如，经过计算，确定火警传感器节点的优先级为最高，则协调器为火警传感器节点分配最长的gts长度和最先的时隙起始位置，并将修改后的gts长度和时隙起始位置发送给火警传感器节点。火警传感器节点根据接收到的修改之后的gts长度和时隙调整待发送的火警数据的队列占用率和队列长度，最后以调整后的队列占用率和队列长度将火警数据发送给协调器。这样确保让恶劣等级高或紧急事件抢先进行gts通信，以传输数据，以解决网络延迟和阻塞的问题。本实施例通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级，并根据优先级的高低对传感器节点排序；根据优先级的排序修改在信标帧中开启gts域的传感器节点的信标帧的内容，并将信标帧发送给在信标帧中开启gts域的传感器节点；其中信标帧的内容包括gts长度和时隙起始位置；所述传感器节点根据所述gts长度和时隙起始位置调整队列占用率和队列长度；所述传感器节点以调整后的队列占用率和队列长度进行传输数据，这样能够让不同的传感器节点发送的数据得到不同的信道资源，确保让恶劣等级高或紧急事件抢先进行gts通信，以解决紧急事件数据的延迟和阻塞的问题。此外，本实施例的传输机制没有改变帧结构，仅改变传输顺序，并增加了协调器查找表和计算功能；提高系统吞吐量，降低紧急信号的延时。和诸多改进的mac机制相比，本实施例有更低的计算复杂度。本实施例可以根据不同应用需求和环境变化自适应调整优先级，进而相应调整队列，满足高优先级业务需求，具有较好的环境适应性。实施例2参见图4，一种传感器网络数据传输自适应系统，包括：协调器广播单元11、传感节点请求发送单元12、优先级确定单元13、信标帧修改单元14、队列调整单元15和数据传输单元16；所述协调器广播单元11，用于当mac层处于信标模式时，网络协调器将当前超帧结构的参数信息字段装入信标帧中，并将该信标帧广播发送给网络中其他所有的传感器节点；所述传感节点请求发送单元12，用于若传感节点需要在cfp期间采用gts进行通信，则发送gts请求帧给网络协调器；所述优先级确定单元13，用于网络协调器通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级，并根据优先级的高低对传感器节点排序；所述信标帧修改单元14，用于网络协调器为优先级排序高的传感器节点分配信标帧的内容，并将信标帧广播给在信标帧中开启gts域的传感器节点；其中信标帧的内容包括设备地址(deviceid)、gts时隙起始位置和gts长度；所述队列调整单元15，用于所述传感器节点根据所述gts长度和时隙起始位置调整队列占用率和队列长度；所述数据传输单元16，用于所述传感器节点按照调整后的队列占用率和队列长度进行传输数据。在本实施例，所述优先级确定单元13，还用于在所述恶劣等级表中查找传感器节点的数据恶劣等级；其中，所述恶劣等级表是将传感器节点数据的处理结果进行统计制表；根据所述恶劣等级计算对应传感器节点的优先级。在本实施例，根据所述恶劣等级计算第n个传感器节点的归一化优先级的计算公式为：其中，bn为第n个传感器节点的数据恶劣等级，∑b为所有发出gts请求帧的传感器节点的数据恶劣等级之和，n为传感器节点序号。在本实施例，所述信标帧修改单元14，还用于按照传感器节点的优先级的高低，依次为在信标帧中开启gts域的传感器节点分配由长到短的gts长度和由先到后的时隙起始位置。在本实施例，所述信标帧修改单元14，还用于协调器将没申请到gts的传感器节点的gts描述字段中的长度设置为清除标志，并将所述清除标志发送给在信标帧中开启gts域的传感器节点；传感器节点收到清除标志后，释放gts，更改gts允许位。本实施例通过所述协调器广播单元11当mac层处于信标模式时，网络协调器将当前超帧结构的参数信息字段装入信标帧中，并将该信标帧广播发送给网络中其他所有的传感器节点；所述传感节点请求发送单元12，用于若传感节点需要在cfp期间采用gts进行通信，则发送gts请求帧给网络协调器；所述优先级确定单元13，用于协调器通过查找预先统计好的恶劣等级表确定已发送gts请求帧的传感器节点的优先级，并根据优先级的高低对传感器节点排序；所述信标帧修改单元14，用于对于满足高优先级条件的节点，协调器会分配gts，即将该节点的设备地址(deviceid)、gts时隙起始位置和gts长度填入信标帧中；该信标帧被协调器广播给所有在信标帧中开启gts域的传感器节点；所述队列调整单元15，用于所述传感器节点根据所述gts长度和时隙起始位置调整队列占用率和队列长度；所述数据传输单元16，用于所述传感器节点按照调整后的队列占用率和队列长度进行传输数据。这样能够让不同的传感器节点发送的数据得到不同的信道资源，确保让恶劣等级高或紧急事件抢先进行gts通信，以解决紧急事件数据的延迟和阻塞的问题。此外，本方案的传输机制没有改变帧结构，仅改变传输顺序，并增加了协调器查找表和计算功能；提高系统吞吐量，降低紧急信号的延时。和诸多改进的mac机制相比，本方案有更低的计算复杂度。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12