本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其是一種協(xié)作通信中無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸方法。

背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的彼此之間通過(guò)多跳無(wú)線鏈路和通信的傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，可以廣泛的運(yùn)用到工業(yè)監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、民用、環(huán)境監(jiān)測(cè)、戰(zhàn)場(chǎng)、海洋、火災(zāi)等各種特殊環(huán)境與應(yīng)用中，被認(rèn)為是未來(lái)的重要物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中存在的2個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題如下：(1)如何保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于是無(wú)線傳輸，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特有的特點(diǎn)是受環(huán)境干擾與節(jié)點(diǎn)之間的干擾，再加上天生的其傳輸誤碼率、錯(cuò)誤率，其傳輸鏈路遠(yuǎn)差于有線網(wǎng)絡(luò)，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的包丟失率高達(dá)10％到30％是很普遍的。誤碼率也比有線網(wǎng)絡(luò)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣大大降低了端到端傳輸時(shí)的成功率；(2)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)壽命的問(wèn)題。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般構(gòu)造簡(jiǎn)單，成本低廉，可以大規(guī)模的部署，其節(jié)點(diǎn)通常配備電池作為其能源的，所以如何有效的利用能量延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要研究課題之一。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸是節(jié)點(diǎn)最主要的能量消耗。因而提高網(wǎng)絡(luò)壽命的主要途徑有二個(gè)，一是減少節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送，二是如何合理利用網(wǎng)絡(luò)的能量。目前網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)是目前較好的一種提高無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)傳輸可靠性的重要技術(shù)之一。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的主要關(guān)鍵點(diǎn)如下：(1)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)采用了冗余技術(shù)。源數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包在應(yīng)用層進(jìn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，由于網(wǎng)絡(luò)編碼中采用了冗余技術(shù)，因而網(wǎng)絡(luò)編碼后的數(shù)據(jù)量大于沒(méi)有編碼的源數(shù)據(jù)包。這樣采用冗余編碼后，即使網(wǎng)絡(luò)有一定的丟包率，接收方如果接收到多個(gè)編碼的數(shù)據(jù)包，則就可以以較高的概率獲得原數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。但是，采用網(wǎng)絡(luò)編碼方法其實(shí)是通過(guò)付出更多的能量消耗而提高了數(shù)據(jù)傳送的可靠性。隨后有研究人員提出了網(wǎng)絡(luò)編碼與協(xié)作通信相結(jié)合的方法。這種方法的關(guān)鍵點(diǎn)主要有2點(diǎn):(a)數(shù)據(jù)包在發(fā)送時(shí)需要編碼,而中繼節(jié)點(diǎn)在發(fā)送給下一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)前需要采用隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)進(jìn)行解碼與重新編碼。(b)在數(shù)據(jù)傳送到基站的每一跳，并不只選擇一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，而是選擇多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)簇，組成協(xié)作通信結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)作通信。這種方法具有較好的性能。不管采用上述的任何一種方法,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可靠性與節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率之間都存在緊密的關(guān)系。也就是說(shuō)：如何提高節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，那么接收方就能夠以更高的概率接收到發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)包，因而采用提高節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的一種有效方法。但是,提高節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率就會(huì)使節(jié)點(diǎn)的能量消耗增大,從而影響網(wǎng)絡(luò)的壽命。在以往的方法中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都是采用相同的節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率。這樣，由于近基站節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)工作，從而其承擔(dān)的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量。這樣，導(dǎo)致近基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)提前死亡，由于網(wǎng)絡(luò)壽命一般定義為網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間。因而，在以往的方法中基站附近的節(jié)點(diǎn)能量不足，而遠(yuǎn)基站區(qū)域剩余大量能量，有研究指出，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)死亡時(shí)，網(wǎng)絡(luò)剩余的能量高達(dá)90％。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸方法，在不降低網(wǎng)絡(luò)壽命的情況下大幅度的提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴閷?shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種協(xié)作通信中自適應(yīng)發(fā)送功率控制的數(shù)據(jù)傳輸方法，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包要發(fā)往基站時(shí)，它首先將數(shù)據(jù)包以較小的發(fā)送半徑rb將自己的源數(shù)據(jù)包廣播給簇內(nèi)的m個(gè)源簇節(jié)點(diǎn)，然后再通過(guò)選擇多個(gè)中繼簇中繼轉(zhuǎn)發(fā)到基站，每個(gè)中繼簇也選擇m個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣，m個(gè)源簇節(jié)點(diǎn)，每個(gè)源簇節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼后向中間簇的m個(gè)節(jié)點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)，中間簇的節(jié)點(diǎn)接收到m個(gè)數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過(guò)解碼，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)后，重新進(jìn)行編碼后，繼續(xù)向前采用與前面類(lèi)似的方式進(jìn)行傳輸，直到傳到基站為止；在數(shù)據(jù)傳輸?shù)交镜倪^(guò)程中，依據(jù)節(jié)點(diǎn)能量的充裕程度，對(duì)距離基站不同距離處的節(jié)點(diǎn)采用不同的發(fā)送功率，對(duì)于距離基站近的節(jié)點(diǎn)采用較小的發(fā)送功率，而對(duì)離基站遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)采用較大的發(fā)送功率。依據(jù)節(jié)點(diǎn)距離基站的距離不同而采用不同的發(fā)送功率的具體做法是：首先，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載和能量消耗，然后，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量消耗情況計(jì)算遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)剩余的能量，依據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量情況確定節(jié)點(diǎn)能采用的發(fā)送功率。距離基站l處節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率El要滿足下式：其中，表示在以往采用固定節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率方法中距離基站最近的節(jié)點(diǎn)的能量消耗，ER表示接收每比特?cái)?shù)據(jù)的能量消耗，表示為：Rb表示數(shù)據(jù)傳送數(shù)率，PCr和PCt分別表示節(jié)點(diǎn)接收與發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的電路能量消耗，和分別表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、源數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、狀態(tài)消息包的長(zhǎng)度，表示簇接收上一個(gè)中繼簇的接收數(shù)據(jù)包數(shù)量，接收簇內(nèi)源數(shù)據(jù)包數(shù)量表示為接收簇內(nèi)狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包數(shù)量為rb表示簇半徑，dl表示簇間之間的距離，k表示數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路的路徑損失指數(shù)，取值為2-4。從距離基站最近的節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，隨著遠(yuǎn)離基站，由于其節(jié)點(diǎn)的剩余也隨之增長(zhǎng)，因而節(jié)點(diǎn)所采用的發(fā)送功率也隨之增長(zhǎng)，直到達(dá)到上限后就保持最大發(fā)送功率不變。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)發(fā)送功率控制提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸方法，該方法利用遠(yuǎn)離基站的節(jié)點(diǎn)的未被消耗的能量，使得距離基站較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)采用較高的發(fā)送功率，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò)壽命；由于節(jié)點(diǎn)提高了發(fā)送功率后，數(shù)據(jù)包傳輸?shù)目煽啃钥商岣摺Ｓ捎跀?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃允窃垂?jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送到基站所經(jīng)歷的路由路徑上所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送可靠性之積，因而當(dāng)遠(yuǎn)基站節(jié)點(diǎn)的可靠性提高后，整個(gè)端到端的可靠性都可以提高。本發(fā)明方法的設(shè)計(jì)與常規(guī)思路中，提高數(shù)據(jù)傳送可靠性需要消耗更多能量，從而會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)壽命的研究方法截然不同。在原有的方法中，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)近基站區(qū)域的能量緊張，而遠(yuǎn)基站區(qū)域有大量能量剩余。另一方面，如果節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，采用更大的發(fā)送功率，則可提高數(shù)據(jù)傳送的可靠性。因而在本發(fā)明中，對(duì)能量有剩余區(qū)域的節(jié)點(diǎn)采用大的發(fā)送功率以提高網(wǎng)絡(luò)傳送可靠性，而對(duì)能量緊張的區(qū)域仍然采用與以往方法相同的數(shù)據(jù)發(fā)送功率，從而能夠在提高網(wǎng)絡(luò)可靠性的基礎(chǔ)上而不影響網(wǎng)絡(luò)壽命。巧妙的利用了常規(guī)網(wǎng)絡(luò)中大量未被消耗能量的節(jié)點(diǎn)，來(lái)承擔(dān)提高數(shù)據(jù)傳送功率所帶來(lái)的能量消耗，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明方法實(shí)施例示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例與以往的方法下能量消耗情況示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例(理論上)與以往的方法下距離基站不同距離處節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率示意圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例(實(shí)際)與以往的方法下距離基站不同距離處節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例與以往的方法下距離基站不同距離處節(jié)點(diǎn)的丟包率示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例與以往的方法下能量利用率示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例提供一種協(xié)作通信中自適應(yīng)發(fā)送功率控制的數(shù)據(jù)傳輸方法，如圖1所示，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包要發(fā)往基站時(shí)，它首先將數(shù)據(jù)包編碼后以較小的發(fā)送半徑rb將自己的數(shù)據(jù)包發(fā)送給簇內(nèi)的m個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于此時(shí)通信半徑小，因而數(shù)據(jù)包的誤碼率可以忽略不計(jì)。這樣，就相當(dāng)于有m個(gè)源節(jié)點(diǎn)。策略然后選擇多個(gè)中間簇，將數(shù)據(jù)通過(guò)中間簇發(fā)往基站。每個(gè)中間簇也選擇m個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣，m源節(jié)點(diǎn)，每個(gè)源節(jié)點(diǎn)向中間簇的m個(gè)節(jié)點(diǎn)都發(fā)送數(shù)據(jù)，中間簇的節(jié)點(diǎn)接收到m個(gè)數(shù)據(jù)包后，經(jīng)過(guò)解碼，校碼后，繼續(xù)向前采用同樣的方式進(jìn)行傳輸，直到傳到基站為止。在節(jié)點(diǎn)的發(fā)送中，如果節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率大，則節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包的可靠性高，但是消耗能量大。由于遠(yuǎn)基站區(qū)域剩余了大量的能量，因而在本發(fā)明中，依據(jù)節(jié)點(diǎn)距離基站的距離不同而采用不同的發(fā)送功率，從而可以充分利用節(jié)點(diǎn)的剩余能量提高數(shù)據(jù)包傳送的可靠性，而又不降低網(wǎng)絡(luò)的壽命。依據(jù)節(jié)點(diǎn)距離基站的距離不同而采用不同的發(fā)送功率的具體做法是：首先,計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)負(fù)載和能量消耗,然后,依據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量消耗情況計(jì)算遠(yuǎn)基站區(qū)域節(jié)點(diǎn)剩余的能量,依據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量情況確定節(jié)點(diǎn)可以采用的發(fā)送功率。距離基站l處節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率El要滿足下式：其中，表示在以往采用固定節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率方法中距離基站最近的節(jié)點(diǎn)的能量消耗，ER表示接收每比特?cái)?shù)據(jù)的能量消耗，可以表示為下式：Rb表示數(shù)據(jù)傳送數(shù)率，PCr和PCt分別表示節(jié)點(diǎn)接收與發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的電路能量消耗，和分別表示數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、源數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度、狀態(tài)消息包的長(zhǎng)度，與分別表示簇發(fā)送到下一個(gè)中繼簇的數(shù)據(jù)包數(shù)量與接收上一個(gè)中繼簇的接收數(shù)據(jù)包數(shù)量，接收與發(fā)送簇內(nèi)源數(shù)據(jù)包數(shù)量分別表示為：發(fā)送與接收簇內(nèi)狀態(tài)消息數(shù)據(jù)包數(shù)量分別為rb表示簇半徑，dl表示簇間之間的距離，k表示數(shù)據(jù)發(fā)送鏈路的路徑損失指數(shù)，取值為2-4。圖3給出了本發(fā)明方法(理論上)不同距離處的節(jié)點(diǎn)在不降低網(wǎng)絡(luò)壽命的前提下可以采用的最大發(fā)送功率。圖4給出了本發(fā)明方法(實(shí)際)距離基站不同距離處節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，距離基站最近的節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率與以往采用固定節(jié)點(diǎn)發(fā)送功率方法相同，而隨著遠(yuǎn)離基站，由于其節(jié)點(diǎn)的剩余也隨之增長(zhǎng)，因而節(jié)點(diǎn)所采用的發(fā)送功率也隨之增長(zhǎng)，直到達(dá)到上限后就保持最大發(fā)送功率不變。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，在遠(yuǎn)基站區(qū)域采用比上限大的發(fā)送功率提高網(wǎng)絡(luò)性能非常有限，因而采用圖4所示的設(shè)置就可以了。圖2所示為不同方法下的能量消耗情況，與以往的方法比較，本發(fā)明方法在遠(yuǎn)基站區(qū)域提高節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，從而遠(yuǎn)基站區(qū)域，本發(fā)明的方法能量消耗高于以往的方法。而近基站區(qū)域與以往方法相同。這說(shuō)明，本發(fā)明方法充分利用了遠(yuǎn)基站區(qū)域的剩余能量，提高節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率，從而可提高數(shù)據(jù)傳送的可靠性，而沒(méi)有降低網(wǎng)絡(luò)壽命。圖5所示為不同方法下距離基站不同距離處節(jié)點(diǎn)的丟包率，從圖中可以看出，以往的方法在距離基站較遠(yuǎn)的區(qū)域，丟包率明顯增大。而本發(fā)明方法不管距離基站多遠(yuǎn)，均保持較低的丟包率。圖6所示為不同方法下的能量利用率，從圖中可以看出，本發(fā)明方法的能量利用率比以往的方法明顯提高。