[发明专利]一种用于无线传感器网络智能建筑节能系统的数据传输协议方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据传输技术领域，尤其涉及一种用于无线传感器网络智能建筑节能系统的数据传输协议方法。

背景技术

如今，智能建筑是用通信技术、信息技术和控制技术，按照系统工程原理将建筑物有机的结合起来，通过对建筑设备系统的自动监控和信息资源的有效管理，向使用者提供智能的综合信息服务，使其获得舒适、高效和便利的建筑环境。

无线传感器网络由于其易于部署、成本低等特点成为智能建筑节能领域不可或缺的技术之一。利用无线传感器网络对物理环境的感知，将环境信息数据通过自组织多跳的方式传送至服务器。一方面无线传感器网络可以通过自我决策机制对智能建筑的空调、灯光等设备进行控制；另一方面，服务器决策者可以通过中央控制器对某个设备直接控制。

一个完整的无线传感器网络智能建筑节能系统分为数据采集和控制两个部分。按照系统中数据流向的不同，将数据链路分为上行链路和下行链路，其中下行链路为服务器—网关—无线传感器网络—物理设备控制接口—智能建筑节能物理设备；上行链路为无线传感器网络—网关—服务器，但是涉及其里面的数据传输一直是研究的方向，如何及时、可靠、节能传输数据是研究热点。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种用于无线传感器网络智能建筑节能系统的数据传输协议方法，本方法在传统的IEEE802.15.4协议基础上，提出一个基于优先级队列及优先级ACK的数据传输改进方案，得到对重要信息提供端到端的保证。在智能建筑节能系统中，按照重要程度的不同将智能建筑节能系统中的数据分成三类，每个节点根据此三类不同的数据类型分有高、中、低三个优先级的队列,按照优先级排序；当检测到队列长度θ_L接近某一设定阈值θ_thr时，并不是立即启动置拥塞状态指示位C，而是以概率p置位(概率p的选择采用随机早期检测的方法，Random Early Detection,RED)，表示网络即将出现拥塞或已出现轻微拥塞，当θ_L超过设定的阈值θ_thr，表明网络己经发生严重拥塞，为了尽快减缓拥塞，必须对数据包进行丢弃策略；MAC协议ACK机制不需要每一跳都有确认回复，而是采用数据包的优先级策略判断是否ACK确认，优先保证对重要信息提供端到端的保证。本发明可使得智能建筑系统中的数据传输更加及时、可靠、节能。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种用于无线传感器网络智能建筑节能系统的数据传输协议方法，在IEEE 802.15.4协议基础上建立的基于优先级队列及优先级ACK的数据传输协议，包括如下特征：

(i)按照重要程度的不同将智能建筑节能系统中的数据分成三类，每个节点根据三类不同的数据类型分为高、中、低三个优先级的队列；

(ii)若有数据需要发送，将要发送的数据放入发送队列排队轮询，为数据装配适配头，经由MAC层处理后发送，在收到下一跳节点对其回传的ACK后将数据从发送队列中清除；若接收到数据，通过数据包分类器进行过滤，按照种类的不同进行优先级划分，然后被添加至不同队列的队尾；

(iii)设有数据的重传机制：根据优先级排序，若检测到队列长度θ_L接近预先设定的阈值θ_thr，则以概率p置位，表示网络即将出现拥塞或已出现轻微拥塞；若θ_L超过预先设定的阈值θ_thr，表示网络己经发生严重拥塞，则对数据包进行丢弃策略；在获得信道访问权进行队列调度时，从高优先级往低优先级的顺序依次调度，将高优先级信息赋予高优先级的信道访问权，优先占用信道进行传输；

(iv)MAC协议的ACK机制不需要每一跳都有确认回复，采用数据包的优先级策略判断是否进行ACK确认。

作为优选，所述将智能建筑节能系统中的数据分为三类，包括如下：

(a)关键数据，包括控制命令、环境变化告警；

(b)重要数据，包括路由信息；

(c)一般数据，包括周期性采集到的温湿度、光强信息。

作为优选，所述三个优先级队列具体为：根据三类不同的数据类型，将数据节点分为三个优先级，高优先级、中优先级、低优先级；每个节点内部有高、中、低三个优先级的FIFO队列，并具有相同的缓存区长度，每个队列按照重要性的不同分配给不同的权值。

作为优选，所述概率p的选择采用随机早期检测的方法得到。

作为优选，所述数据包的优先级策略采用如下策略：

(1)低优先级数据包:不进行ACK确认；