专利名称：基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法
技术领域：
本发明属于无线传感器网络通信技术领域，具体涉及一种无线传感器网络数据分 发方法。
背景技术：
无线传感器网络已被广泛应用于军事、环境监测、医疗护理、建筑物状态监控等很 多方面。在传感器网络中，Sink节点经常需要对所有节点进行数据分发，比如应用程序开 发与调试、代码更新、参数设置、任务分配等。广播是Sink节点将数据包传输给网络中所有 节点的一种操作。该广播必须是可靠、快速并且尽可能地减少能量消耗。广播通信是无线网络中的一种很普遍的通信方式。洪泛法是简单易行的广播，但 洪泛法会导致巨大的能量开销，直接影响到无线节点电池的寿命，因此如何利用现有的网 络资源，减少广播开销，提高能量利用率成为研究的热点之一。用路由的方式实现最小化能 量广播非常困难。因此，有必要提供一种更好的通信方法以减少无线传感器网络的能量消
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发明内容
本发明的目的是提出一种基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法，该基于 网络编码的无线传感器网络数据分发方法用以在实际应用中传感器节点失效或传输链路 不稳定导致丢包发生的情况。将网络编码与广播特性相结合，通过对接收的多个数据包进 行编码，增加单次传输的信息量，可减少数据包的传输次数和重传次数，从而达到节省无线 传感器节点能量消耗的目的。本发明的技术解决方案如下一种基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法，无线传感器网络是由一个汇 聚节点和多个普通节点组成，所述的基于网络编码的该无线传感器网络数据分发方法包括 以下步骤步骤1 汇聚节点分批编码发出数据步骤汇聚节点将要发送的数据进行分批处理和编码后，形成编码包向普通节点广播； 同一批次的编码包由m个源数据包组成；每一批次数据包都设置有区分不同批次的批次标 识。步骤2 普通节点转发数据步骤普通节点接收到编码包后，首先根据编码包是否增加矩阵的秩判断该编码包是否 是更新包；如果是更新包，则将新数据包存入缓存，如果不是更新包，则丢弃该包，也不再继 续向其它节点转发；将收到的更新包按批处理，如果同一批刚好收齐了 m个，就不再转发， 否则，如果收到的更新包对应的这一批还没有达到m个，就将收到的η个已编码包进行再编 码并以转发概率P向其它普通节点转发，n<m；步骤3 数据解码任一普通节点收到了同一批次的m个更新编码包后，则解码出
4原始的数据包；普通节点转发编码后的数据包是一个动态的过程，当每一个普通节点都没有数据 包可发了，则本次通信过程自动结束。步骤1中，当汇聚节点发送数据时，将所要发送的原始数据分成若干个批次，每批 次由m个源数据包组成，这m个数据包记为Xl，x2，….Xffl,并赋予相同的批次标识，每个源数 据包为L比特，当它与要组合的数据包长度不同时，较短的信息附加额外一串“0”补齐到L 比特。选取m个编码系数，对原始的m个数据包进行线性编码，把原来的m个源数据编码成 新的m个数据包，记编码第i个数据包时所使用的m个编码系数为gn，gi2，…， gim，则编码的公式为
权利要求
一种基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法，无线传感器网络是由一个汇聚节点和多个普通节点组成，其特征在于，所述的基于网络编码的该无线传感器网络数据分发方法包括以下步骤步骤1汇聚节点分批编码发出数据步骤汇聚节点将要发送的数据进行分批处理和编码后，形成编码包向普通节点广播；同一批次的编码包由m个源数据包组成；每一批次数据包都设置有区分不同批次的批次标识。步骤2普通节点转发数据步骤普通节点接收到编码包后，首先根据编码包是否增加矩阵的秩判断该编码包是否是更新包；如果是更新包，则将新数据包存入缓存，如果不是更新包，则丢弃该包，也不再继续向其它节点转发；将收到的更新包按批处理，如果同一批刚好收齐了m个，就不再转发，否则，如果收到的更新包对应的这一批还没有达到m个，就将收到的n个已编码包进行再编码并以转发概率p向其它普通节点转发，n＜m；步骤3数据解码任一普通节点收到了同一批次的m个更新编码包后，则解码出原始的数据包；普通节点转发编码后的数据包是一个动态的过程，当每一个普通节点都没有数据包可发了，则本次通信过程自动结束。
2.根据权力要求1所述的基于网络编码的该无线传感器网络数据分发方法，其特征在 于步骤1中，当汇聚节点发送数据时，将所要发送的原始数据分成若干个批次，每批次由m 个源数据包组成，这m个数据包记为Xl，x2，. . . Xffl,并赋予相同的批次标识，每个源数据包为 L比特，当它与要组合的数据包长度不同时，较短的信息附加额外一串“0”补齐到L比特。 选取m个编码系数，对原始的m个数据包进行线性编码，把原来的m个源数据编码成新的m 个数据包y1; y2，... ym，记编码第i个数据包时所使用的m个编码系数为gn，gi2，...，gim，则编码的公式为
3.根据权利要求1或2所述的基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法，其特征 在于编码包个数m取为2的整数次幂；编码系数的选取为首系数都取为1，其余系数在0 到q_l之间随机取整数，q为素数。
4.根据权利要求1所述的基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法，其特征在 于转发概率P值在0-1之间选取。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于网络编码的无线传感器网络数据分发方法，其 特征在于汇聚节点发送完同一批次的m个编码包后，停顿T毫秒时间，来确保普通节点有 充分时间收到同一批次的编码包；T毫秒过后，汇聚节点再进行下一批次数据包的发送。
全文摘要
本发明公开了一种基于网络编码的无线传感器网络的数据分发方法，本发明的数据分发方法把流内随机网络编码应用在无线传感器网络中Sink节点将数据传输给网络中所有节点的情况。本方法的基本思想是Sink节点将要发送的数据包先进行编码后再发送，所有其它节点收到足够的已编码数据包后进行再编码并按相应转发机制进行广播，当节点收到足够的编码包后解码出原始的数据包。该数据分发方法特别适用于在实际应用中传感器节点失效或传输链路不稳定导致丢包发生的情况。将网络编码与广播特性相结合，可减少数据包的传输次数和重传次数，降低无线传感器网络信息传输过程中的能量消耗，从而节省节点能耗。
文档编号H04W28/06GK101951556SQ20101029510
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者李仁发, 罗娟, 肖玲 申请人:湖南大学