一种丢包率受控的无线体域网采集数据传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无线通信领域，更具体地说，本发明涉及一种对中继节点所收到的数 据根据优先级和网络误包率，控制丢包率的无线体域网采集数据传输方法。
【背景技术】
[0002] 随着医疗技术的不断发展和进步，人类的平均寿命不断增加，随之而来的社会中 老龄人口的增加，人口结构中老年人的比重越来越大，但是按照以往的传统方式对老年人 进行贴身照顾已经无法满足，所以远程医疗技术是未来对老人进行健康监控的重要途径， 也是未来医疗发展的重要发展方向。无线体域网是近年来的一门新兴技术，备受国内外关 注，无线体域网是无线传感器网络的重要拓展，通过将监测人体信息的生理传感器以穿戴 方式或植入体内的方式布置在人体周围或者人体体内，组成体域网。生理传感器可监测人 体的体温，血压，脑电波，甚至动作等。不仅如此还可以利用传感器监测人体周围环境指标， 如温度，湿度等。布置到人体内的传感器将所收集到的信息发送至远程的服务器，由服务器 对收到的数据进行分析处理。传感器测量得到的各项生理指标会通过体域网，传送到数据 处理中心，通过对所收集到的有效数据进行有效的处理和整合，使医生或相关人员能够及 时的判断人体的生理状态，甚至动作等等。但是需要监控的相关生理指标，在不同时间也有 所不同，所以在需要采集某一传感器数据时，必须保证其准确性，满足服务质量要求。ARC和 FEC两种错误恢复机制，都很难满足自适应的网络需求，造成网络资源浪费。Marinkovic提 出了利用网络编码作为无线体域网的错误恢复机制，但是这种机制没有优先级的划分，每 个数据包都可能拥有错误以及失真，或者重要的数据在传输过程中丢失，无法自适应于网 络和应用环境。
【发明内容】
[0003] 本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少一个后面将说明 的优点。
[0004] 本发明还有一个目的是提供一种有效的提高无线体域网的容错性，确定无线体域 网中的传感器节点、中继节点、基站的功能，并给出各个模块间相互协作的方式；确定中继 节点进行网络编码的策略，系统根据实际需要将数据实时划分优先级并加强保护划为优先 级的数据，以及能根据当前无线体域网的误包率，使中继节点根据数据优先级制定自适应 的编码策略，并能在基站中将接收到的数据解码恢复原始数据，使基站得到的解码后的数 据失真少，丢包率底，网络错误恢复能力强。
[0005] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种丢包率受控的无 线体域网采集数据传输方法。无线体域网包括用于采集数据的n个传感器节点、接收采集 数据并编码的中继节点、和最终接收编码数据的基站，本发明的方法包括以下步骤：
[0006] 设定在一个世代中各传感器节点的采集数据中的优先级数据；
[0007] 每个中继节点负责n个传感器节点中的一部分，且所述中继节点设置为在一个世 代内，至多负责一个采集优先级数据的传感器节点；
[0008] 基站检测当前无线体域网的误包率：若误包率小于预定值，则中继节点对其中a 个接收到的采集数据直接编码，而对其余接收到的采集数据两两异或进行编码；若误包率 大于或等于预定值，则中继节点对其中b个接收到的采集数据直接编码，而对其余接收到 的采集数据两两异或进行编码，并且如果该中继节点接收到的采集数据中有优先级数据， 则额外将该优先级数据与其它数据异或进行冗余编码；
[0009] 基站接收所有直接编码、异或编码和冗余编码，将这些编码通过nXn的矩阵进行 计算解码，以得到丢包率受控的数据传输方法。
[0010] 优选的是，其中，丢包率控制在1%以下，且预定值为21%。
[0011] 优选的是，其中，将每个传感器节点采集到的数据分别发送给两个中继节点，即发 送给负责的中继节点和其余中继节点其中之一，最终所有中继节点共接收到2n个采集数 据包；且每个中继节点仅发送与其负责的传感器节点相关的冗余解码至基站。
[0012] 优选的是，其中，每个中继节点负责n个传感器节点中的一部分为均分的一部分， 即假设有m个中继节点，则每个中继节点负责n/m个传感器节点；且所述将每个传感器节点 采集到的数据分别发送给两个中继节点为均匀分配，即每个中继节点接收2n/m个传感器 节点所采集的数据。
[0013] 优选的是，其中，所述a为1，而所述b为2。
[0014] 优选的是，其中，若误包率小于预定值，中继节点对其余接收到的采集数据两两异 或进行编码时，满足以下两个条件：一、两两异或的编码数量为2n/m减a ;二、首先编码该中 继节点负责的采集数据与该中继节点不负责的采集数据之间的异或，然后编码该中继节点 负责的采集数据之间的异或，或者该中继节点不负责的采集数据之间的异或。
[0015] 优选的是，其中，若误包率大于或等于预定值，中继节点对其中两个接收到的采集 数据直接编码时，这两个被直接编码采集数据中，有一个为优先级数据。
[0016] 优选的是，其中，若误包率大于或等于预定值，中继节点对其余接收到的采集数据 两两异或进行编码时，满足以下三个条件：一、两两异或的编码数量为2n/m减b ;二、首先 编码该中继节点负责的采集数据与该中继节点不负责的采集数据之间的异或，然后编码该 中继节点负责的采集数据之间的异或，或者该中继节点不负责的采集数据之间的异或；三、 如果该中继节点接收到的采集数据中有优先级数据，则该优先级数据不参与两两异或的编 码。
[0017] 优选的是，其中，额外将该优先级数据与其它数据异或进行冗余编码的数量为：若 误包率介于21 %至28%之间，则数量为1 ;误包率介于28%至32%之间，则数量为2n/m减 4;误包率介于32%至37%之间，则数量为2n/m减3 ;误包率介于37%至41%之间，则数量 为2n/m减2;误包率介于41%以上时，则数量为2n/m减1，其中各区间不含上限值；且所述 其它数据为除该优先级数据外，该中继节点接收到的其它数据。
[0018] 优选的是，其中，基站进行计算解码的方法为：
[0019] 步骤一、给n个传感器节点编号，然后给每个传感器节点的采集数据以相同的编 号记录；
[0020] 步骤二、在nXn矩阵中填入接收到的所有直接编码、异或编码和冗余编码，填入 方法为：直接编码填入斜对角线，位置为其编号的位置；异或编码填入矩阵，位置为产生该 异或编码的两个采集数据所对应的编号的位置；冗余编码填入矩阵，位置为产生该冗余编 码的两个采集数据所对应的编号的位置；其余空缺位置填O ;
[0021] 步骤三、将该n X n矩阵变换为上三角矩阵，变换方法为：
[0022] 以斜对角线为轴，将下三角矩阵中的数据融合入上三角矩阵，其融合方法为：如果 下三角矩阵中的数据对称到上三角矩阵中的位置处的数据为〇,则用下三角矩阵中的数据 替代上三角矩阵中该位置处的0,如果下三角矩阵中的数据对称到上三角矩阵中的位置处 的数据不为〇,则保留上三角矩阵中该位置处的数据；
[0023] 步骤四、斜对角线上的数据如果不为零，则即为相应位置所对编号的传感器节点 的采集数据，如果为零，则将相应位置的沿斜对角线和沿纵列线上位于同一行上的两个均 不为〇的数值进行异或运算，以运算值作为该相应位置的值填入矩阵，反复迭代执行步骤 四，直到将斜对角线上的0均替代掉，或直到迭代结束。
[0024] 本发明至少包括以下有益效果：由于本发明的基站通过检测当前无线体域网的误 包率情况来选择中继节点的编码方式，可以有效利用网络资源，提高无线体域网的容错性； 又由于本发明的中继节点的编码方式和基站的解码操作相结合，使得在网络环境较差时， 中继节点会对优先级较高的数