一种消息传输方法和系统与流程
本发明涉及通信技术领域，具体地，涉及一种消息传输方法和系统。
背景技术：
在通信领域通常会涉及到消息的传输。目前常用的消息传输方法主要有：泛洪传输方法和低功耗自适应分簇传输方法。
泛洪传输方法的基本思想是源节点将消息复制转发给周围所有邻居节点，邻居节点再将消息复制转发给其他节点，直到目的节点收到消息。该方法虽然传输效率高，但是消耗了大量的能量，网络中存在大量的消息副本。
自适应分簇传输方法的基本思想是将整个网络切分成若干个区域，每个区域内都有一个或多个簇头节点负责消息的采集工作，簇头节点再将消息进行数据融合，最终将消息发送给汇聚节点。但是该方法未考虑节点的当前剩余能量，导致部分节点过快死亡，影响了网络的连通性。
当前的消息传输方法要么是网络中存在大量的消息副本，导致网络能耗过快，要么是未考虑节点的当前剩余能量，导致网络的消息传输效率较低。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种消息传输方法和系统。该消息传输方法在保证网络连通性的前提下，不仅确保了网络能量的均衡消耗，而且确保了消息的快速传输，从而提升了消息的传输效率。
本发明提供一种消息传输方法，包括：
步骤s10：根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点；
步骤s11：判断所述簇头节点到基站的距离是否小于或等于所述基站的通信范围；
如果是，则执行步骤s12：所述簇头节点直接将消息发送给所述基站；
如果否，则执行步骤s13：所述簇头节点选择多跳的方式将消息发送给基站。
优选地，所述步骤s13包括：
步骤s131：判断所述簇头节点与其邻居簇头节点之间的距离是否大于所述基站的通信范围；
如果是，则执行步骤s132：所述邻居簇头节点成为所述簇头节点下一跳的候选转发节点，选取所述候选转发节点中效能值最大的所述邻居簇头节点作为所述簇头节点下一跳的转发节点；然后针对该转发节点继续执行所述步骤s11；
如果否，则执行步骤s133：所述簇头节点选择等待所述邻居簇头节点移动，并在所述邻居簇头节点移动后执行所述步骤s131。
优选地，所述步骤s10包括：
计算节点的当前剩余能量因子；
计算节点的地理位置因子；
根据节点的所述当前剩余能量因子和地理位置因子计算所述簇头节点的选举阈值；
比较各节点的所述选举阈值并选择所述选举阈值最大的节点作为所述簇头节点。
优选地，节点的所述当前剩余能量因子的计算公式为：
其中
节点的所述地理位置因子的计算公式为：
其中
所述簇头节点的所述选举阈值的计算公式为：
其中，t(n)为所述簇头节点的所述选举阈值，α和β分别是
优选地，当所述簇头节点直接将消息发送给所述基站时，消息发送的效能值为1；
当选取所述候选转发节点集中效能值最大的所述邻居簇头节点作为所述簇头节点下一跳的转发节点时，消息发送的效能值计算公式为：
其中，f(j，m，bs)为效能值，
效能值f(j，m，bs)介于0和1之间。
本发明还提供一种消息传输系统，包括：
选举模块，用于根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点；
判断模块，用于判断所述簇头节点到基站的距离是否小于或等于所述基站的通信范围；
发送模块，用于在所述判断模块的判断结果为是时，使所述簇头节点直接将消息发送给所述基站，并在所述判断模块的判断结果为否时，使所述簇头节点选择多跳的方式将消息发送给基站。
优选地，所述判断模块包括：
判断单元，用于判断所述簇头节点与其邻居簇头节点之间的距离是否大于所述基站的通信范围；
所述发送模块包括：
确定单元，用于在所述判断单元的判断结果为是时，使所述邻居簇头节点成为所述簇头节点下一跳的候选转发节点；
选取单元，用于选取所述候选转发节点中效能值最大的所述邻居簇头节点作为所述簇头节点下一跳的转发节点；
等待单元，用于在所述判断单元的判断结果为否时，使所述簇头节点选择等待所述邻居簇头节点移动。
优选地，所述选举模块包括：
第一计算单元，用于计算节点的当前剩余能量因子；
第二计算单元，用于计算节点的地理位置因子；
第三计算单元，用于根据节点的所述当前剩余能量因子和所述地理位置因子计算所述簇头节点的选举阈值；
比较选择单元，用于比较各节点的所述选举阈值并选择所述选举阈值最大的节点作为所述簇头节点。
优选地，节点的所述当前剩余能量因子的计算公式为：
其中
节点的所述地理位置因子的计算公式为：
其中
所述簇头节点的所述选举阈值的计算公式为：
其中，t(n)为所述簇头节点的所述选举阈值，α和β分别是
优选地，在所述簇头节点直接将消息发送给所述基站的情况下，消息发送的效能值为1；
在选取所述候选转发节点集中效能值最大的所述邻居簇头节点作为所述簇头节点下一跳的转发节点的情况下，消息发送的效能值计算公式为：
其中，f(j，m，bs)为效能值，
效能值f(j，m，bs)介于0和1之间。
本发明的有益效果：本发明所提供的消息传输方法，通过根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点，并根据簇头节点与基站之间的距离不同，分别采用不同的消息传输方式进行消息的传输，在保证网络连通性的前提下，不仅确保了网络能量的均衡消耗，而且确保了消息的快速传输，从而提升了消息的传输效率。
本发明所提供的消息传输系统，通过设置选举模块、判断模块和发送模块，能根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点，并根据簇头节点与基站之间的距离不同，分别采用不同的消息传输方式进行消息的传输，该系统在保证网络连通性的前提下，不仅确保了网络能量的均衡消耗，而且确保了消息的快速传输，从而提升了消息的传输效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中消息传输方法的流程图；
图2为本发明实施例2中消息传输方法的具体流程图；
图3为本发明实施例2中消息传输方法中步骤s10的流程图；
图4为本发明实施例3中消息传输系统的原理框图。
其中的附图标记说明：
1.选举模块；11.第一计算单元；12.第二计算单元；13.第三计算单元；14.比较选择单元；2.判断模块；21.判断单元；3.发送模块；31.确定单元；32.选取单元；33.等待单元。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明所提供的一种消息传输方法和系统作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种消息传输方法，如图1所示，包括：
步骤s10：根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点。
通过该步骤选举簇头节点，不仅考虑了节点的当前剩余能量，以确保簇头节点不会过快死亡，从而保证了网络的连通性，进而确保了网络能量的均衡和消息传输的效率，而且考虑了节点的地理位置，以确保簇头节点能够对消息进行快速发送或转发，从而提升了消息的传输效率。
步骤s11：判断簇头节点到基站的距离是否小于或等于基站的通信范围。
其中，基站的通信范围指基站信号的覆盖范围，具体为以基站为中心的一定半径范围的圈内的区域。本实施例中，基站的通信范围通过基站信号覆盖区域的半径来表征。
如果是，则执行步骤s12：簇头节点直接将消息发送给基站。
该步骤中，消息发送网络中消息发送的效能值为1，1为最高效能值。效能值用于综合评价消息传输网络中节点能量和节点之间的距离对消息传输过程中网络能量消耗和消息传输效率的影响。最高效能值表示网络能量消耗和消息传输效率最优。
如果否，则执行步骤s13：簇头节点选择多跳的方式将消息发送给基站。
该步骤中，消息发送网络中消息发送的效能值介于0和1之间。
以上步骤s11-步骤s13中，根据簇头节点与基站之间的距离不同分别采用效能值不同的传输方法，相比于现有的同一效能值的消息传输方法，本实施例中的消息传输方法很好地平衡了消息传输过程中的网络能量消耗和消息传输效率之间的此轻彼重的关系，既保证了网络能量的均衡消耗，又保证了消息的快速高效传输。
该消息传输方法，通过根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点，并根据簇头节点与基站之间的距离不同，分别采用不同的消息传输方式进行消息的传输，在保证网络连通性的前提下，不仅确保了网络能量的均衡消耗，而且确保了消息的快速传输，从而提升了消息的传输效率。
实施例2：
本实施例提供一种消息传输方法，如图2所示，包括：
步骤s10：根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点。
该步骤具体包括：如图3所示，
步骤s101：计算节点的当前剩余能量因子。
其中，节点的当前剩余能量因子的计算公式为：
其中
步骤s102：计算节点的地理位置因子。
其中，节点的地理位置因子的计算公式为：
其中
步骤s103：根据节点的当前剩余能量因子和地理位置因子计算簇头节点的选举阈值。
其中，簇头节点的选举阈值的计算公式为：
其中，t(n)为簇头节点的选举阈值，α和β分别是
步骤s104：比较各节点的选举阈值并选择选举阈值最大的节点作为簇头节点。
通过上述步骤s101-步骤s104,不仅考虑了节点的当前剩余能量，以确保簇头节点不会过快死亡，从而保证了网络的连通性，进而确保了网络能量的均衡和消息传输的效率，而且考虑了节点的地理位置，以确保簇头节点能够对消息进行快速发送或转发，从而提升了消息的传输效率。
步骤s11：判断簇头节点到基站的距离是否小于或等于基站的通信范围。
其中，基站的通信范围指基站信号的覆盖范围，具体为以基站为中心的一定半径范围的圈内的区域。
如果是，则执行步骤s12：簇头节点直接将消息发送给基站。
该步骤中，消息发送网络中消息发送的效能值为1，1为最高效能值。效能值用于综合评价消息传输网络中节点能量和节点之间的距离对消息传输过程中网络能量消耗和消息传输效率的影响。最高效能值表示网络能量消耗和消息传输效率最优。
如果否，则执行步骤s13：簇头节点选择多跳的方式将消息发送给基站。
该步骤具体包括：
步骤s131：判断簇头节点与其邻居簇头节点之间的距离是否大于基站的通信范围。
如果是，则执行步骤s132：邻居簇头节点成为簇头节点下一跳的候选转发节点，选取候选转发节点中效能值最大的邻居簇头节点作为簇头节点下一跳的转发节点。然后针对该转发节点继续执行步骤s11，即将该转发节点作为簇头节点继续执行步骤s11。通过这种方式将消息转发传输给基站。
该步骤中，消息发送的效能值计算公式为：
其中，f(j，m，bs)为效能值，
如果否，则执行步骤s133：簇头节点选择等待邻居簇头节点移动，并在邻居簇头节点移动后执行步骤s131。即簇头节点等待至邻居簇头节点移动至簇头节点与其之间的距离大于基站的通信范围时，再次执行步骤s132，直至将消息转发传输给基站。
该步骤中，当步骤s131的判断结果为否时，采用步骤s132中的消息传输方式的效能值为0，即效能最低，所以此时簇头节点不会将消息转发给该与其距离较近的邻居簇头节点，而是等待该与其距离较近的邻居簇头节点移动离开，直至该邻居簇头节点移动至与当前簇头节点间的距离大于基站的通信范围时，再执行步骤s132中的消息转发方法。
步骤s12和步骤s13中的消息传输方式，相对于现有的通过一种方式进行消息传输的方法，如此能够降低消息传输过程中的网络能耗，同时还能提高消息的传输效率。
在步骤s12-步骤s133中，各种不同的消息发送方式，消息发送的效能值在0-1之间各自不同，相比于现有消息传输方法中消息发送效能值为0-1之间的某个定值的情况，本实施例中通过不同发送方式发送消息的平均效能值高于现有单一消息发送方式的效能值，从而很好地均衡了消息传输过程中网络能量的消耗。
以上步骤s11-步骤s13中，根据簇头节点与基站之间的距离不同分别采用效能值不同的传输方法，相比于现有的同一效能值的消息传输方法，本实施例中的消息传输方法很好地平衡了消息传输过程中的网络能量消耗和消息传输效率之间的此轻彼重的关系，既保证了网络能量的均衡消耗，又保证了消息的快速高效传输。
实施例1-2的有益效果：实施例1-2所提供的消息传输方法，通过根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点，并根据簇头节点与基站之间的距离不同，分别采用不同的消息传输方式进行消息的传输，在保证网络连通性的前提下，不仅确保了网络能量的均衡消耗，而且确保了消息的快速传输，从而提升了消息的传输效率。
实施例3：
基于实施例1或2中的消息传输方法，本实施例提供一种消息传输系统，如图4所示，包括：选举模块1，用于根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点。判断模块2，用于判断簇头节点到基站的距离是否小于或等于基站的通信范围。发送模块3，用于在判断模块2的判断结果为是时，使簇头节点直接将消息发送给基站，并在判断模块2的判断结果为否时，使簇头节点选择多跳的方式将消息发送给基站。
本实施例中，判断模块2包括：判断单元21，用于判断簇头节点与其邻居簇头节点之间的距离是否大于基站的通信范围。发送模块3包括：确定单元31，用于在判断单元21的判断结果为是时，使邻居簇头节点成为簇头节点下一跳的候选转发节点。选取单元32，用于选取候选转发节点中效能值最大的邻居簇头节点作为簇头节点下一跳的转发节点。等待单元33，用于在判断单元21的判断结果为否时，使簇头节点选择等待邻居簇头节点移动。
本实施例中，选举模块1包括：第一计算单元11，用于计算节点的当前剩余能量因子。第二计算单元12，用于计算节点的地理位置因子。第三计算单元13，用于根据节点的当前剩余能量因子和地理位置因子计算簇头节点的选举阈值。比较选择单元14，用于比较各节点的选举阈值并选择选举阈值最大的节点作为簇头节点。
其中，节点的当前剩余能量因子的计算公式为：
其中
节点的地理位置因子的计算公式为：
其中
簇头节点的选举阈值的计算公式为：
其中，t(n)为簇头节点的选举阈值，α和β分别是
本实施例中，在簇头节点直接将消息发送给基站的情况下，消息发送的效能值为1。在选取候选转发节点集中效能值最大的邻居簇头节点作为簇头节点下一跳的转发节点的情况下，消息发送的效能值计算公式为：
其中，f(j，m，bs)为效能值，
效能值f(j，m，bs)介于0和1之间。
实施例3的有益效果：实施例3中所提供的消息传输系统，通过设置选举模块、判断模块和发送模块，能根据节点的当前剩余能量和地理位置选举簇头节点，并根据簇头节点与基站之间的距离不同，分别采用不同的消息传输方式进行消息的传输，该系统在保证网络连通性的前提下，不仅确保了网络能量的均衡消耗，而且确保了消息的快速传输，从而提升了消息的传输效率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
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