[发明专利]无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络领域，特别涉及无线传感器网络协议设计领域，具体给出无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法，尽管可将给出的特征应用于其他网络设计中。

背景技术

无线传感器网络的系统结构如图1所示，通常包括传感器节点(SensorNode)、汇聚节点(Sink Node)和管理节点(Manager Node)。大量传感器节点布置在监测区域内，节点通过自组织的方式构成网络。传感器节点自身采集到的信息在本地进行初步地处理后，以多跳方式将其发送到汇聚节点。汇聚节点也称网关(gateway)，可汇聚附近传感器节点的报告数据，剔出一些错误或异常的数据，进行数据融合和事件判断，最后通过互联网、蜂窝网等网络传送到管理节点。终端用户也可以通过管理节点对无线传感器网络进行管理，配置、发布监测任务或收集回传数据。

在无线传感器网络系统中，传感器节点和汇聚节点有不同的特点，传感器节点通常处理能力，存储能力较弱，其通信距离也较小，而汇聚节点相对普通的传感器节点而言，其数据处理能力较强，存储空间和通信距离等都比较大，传感器网络通常通过汇聚节点与外部网络如Internet、卫星网络、3G网络等相连，实现任务管理节点与传感器之间的通信，汇聚节点用于接收到管理节点发出的控制命令并发布给传感器网络中的普通节点。由于汇集到汇聚节点的数据流相对比较大，提高汇聚节点的传输控制能力对增强无线传感器网络整体性能影响很大。

传统的传输控制方法如有线网络TCP协议采用加性增加乘性减少(AIMD)的拥塞窗口增长方式，在误码率低，拥塞为丢包主要原因的有线网络环境中性能表现良好。然而汇聚节点所处无线网络环境具有较高的误码率(Bit Error Rate，BER)，链路带宽不对称，较大的带宽延时积等特点，使得传统的传输控制算法直接应用于无线传感器网络汇聚节点时性能低下。

发明内容

技术问题：本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提供一种无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法，针对无线传感器网络特点进行传输控制以提高汇聚节点传输性能。

技术方案：无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法，包括以下步骤：

①基于包到达间隔的可用带宽测量，通过测量确认包到达的时间间隔并对时间间隔取平均值再计算可用带宽，然后用滤波器对测量得到的可用带宽进行滤波消除误差，以此得到较为准确的可用带宽测量值；

②分段线性增长的拥塞避免阶段控制方式，结合可用带宽测量值和当前瓶颈链路缓冲区长度测量值，将拥塞避免阶段分成两个线形增长的阶段，使数据包发送速率较快增大到接近网络最大容量，再减缓到达网络最大容量的速度，使得发送过程较长时间稳定在较高的发送速率；

③区分无线环境中拥塞和误码丢包原因并采取合理措施，当发生丢包时根据瓶颈链路缓冲区长度区分拥塞丢包或者无线误码丢包，使得在误码率较高的无线网络环境下快速恢复拥塞窗口大小，并且慢启动阈值和发送窗口能够根据网络状况调整到一个合适的值。

无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法，步骤①中对时间间隔取平均值方法为：发送节点记录一段时间每个确认包-ACK到达的时刻，并计算确认包之间的时间间隔以及时间间隔总数目，然后对这些时间间隔求和并除于时间间隔总数目得到时间间隔的平均值。

无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法，步骤②中将拥塞避免阶段分成两个线形增长的阶段的方法具体为：预先设定阈值λ，如果瓶颈链路缓冲区长度测量值小于等于阈值λ，则快速增加发送窗口，发送窗口增长方式为cwnd＝cwnd+β₁/cwnd。其中cwnd为发送窗口，β₁为调控因子，用于控制发送窗口增长速度；如果瓶颈链路缓冲区长度测量值大于阈值λ，则减缓发送窗口增长速度，发送窗口增长方式为cwnd＝cwncd+1/(β₂×cwnd)。这里β₂为调控因子，用于控制发送窗口增长速度。

无线传感器网络中汇聚节点的传输控制方法，步骤③区分无线环境中拥塞和误码丢包原因方法具体为：设置阈值δ，当收到3个重复ACK包时，如果测得瓶颈链路缓冲区长度L＜δ，表明丢包原因为信道误码；当L＜δ，表明丢包原因为网络趋于拥塞。