[发明专利]无线多媒体传感器网络多路径传输机制的拥塞控制方法

摘要

本发明提供一种无线多媒体传感器网络多路径传输机制及其拥塞控制方法，该方法以密集部署的无线传感器网络节点和无线多媒体传感器网络节点为依托，以提高传感数据的传输质量和可靠性为目标，利用中继节点构建从源节点到目的节点的多条传感数据传输路径，保证了多媒体传感数据和普通传感数据及时、准确、可靠地到达目的节点。同时，以提高网络资源利用率为目标，设计了针对中继节点及其所在链路的拥塞发现、拥塞通告及拥塞调整方法，进一步保证了数据传输可靠性。

主权项

一种无线多媒体传感器网络多路径传输机制的拥塞控制方法，其特征在于该方法的步骤为：步骤1).在网络环境内，随机、均匀撒播多个具有相同初始能量、相同通信能力与传感能力的普通节点，每个普通节点都已获知自身及网络中其它普通节点的位置信息，且可以随时获知自己的剩余能量信息；步骤2).在网络环境内，随机、均匀撒播多个具有相同初始能量、相同通信能力与传感能力的多媒体节点，所有的普通节点和多媒体节点都拥有一个2字节长度的、唯一的ID号，用以标识自身；步骤3).每个充当中继节点的普通节点将其数据接收缓冲区划分为三个独立的数据接收缓存队列，分别为多媒体传感数据队列、普通传感数据队列和信息队列；其中，多媒体传感数据队列拥有最大的长度，存放该中继节点接收到的多媒体传感数据；普通传感数据队列拥有中等大小的队列长度，存放该中继节点接收到的非多媒体传感数据；信息队列拥有最小的队列长度，存放控制数据与元数据；当某一类型的数据接收缓存队列没有空间存放其所接收到的相应类型的数据时，该缓存队列溢出；数据接收缓冲区中同时还拥有一个数据类型分发器，用来将节点接收到的各个数据分发到各个不同的数据接收缓存队列中；步骤4).网络中的普通节点和多媒体节点在将其传感数据发送到目的节点之前，将首先产生并广播一个描述该传感数据的信息包，称为“元数据”；步骤5).网络中的节点在发出元数据后，立即开启一个计时器，开始计时，并设定最大计时时间Ti；步骤6).每一个中继节点都建立一个存储表，表中存储其所收到的每一个元数据包，当中继节点接收到一个元数据包时，首先判断在其存储表中是否有相同ID的元数据包存在，若存在，则中继节点丢弃该元数据包，否则，对该元数据包、当前的链路状况以及节点的自身状况进行评价，若不符合条件，则中继节点丢弃该元数据包，不再继续转发，否则，中继节点将更新并存储该元数据包，同时将更新后的元数据包发送给它的邻居节点，但不包括其上一跳节点；步骤7)中继节点在完成对元数据包的转发后，立刻开启一个针对该包的计时器，并设定最大计时时间为Pi；步骤8).当目的节点收到了某一ID号的元数据包时，则开启一个计时器并设定某一固定计时时间，开始等待由其它路径传输来的同一ID号的元数据包；步骤9)若在计时器结束计时之前，目的节点没有再收到任何元数据，则将其收到的唯一的元数据包所经过的路径设置为从源节点传输传感数据到目的节点的主路径，同时产生一个针对该元数据的应答包，应答包结构中，ID字段存放元数据包的ID；“主路径”、“备选路径”和“次路径”字段分别表示从源节点到目的节点的各个路径，其后分别是各个链表项，用来标识所建立的各条路径上的各个节点。若某条路径没有建立，则其后的链表项为空，此时，目的节点取出其所接收到的唯一的元数据包的路径信息字段中的各个ID号，将其填充到应答包的“主路径”字段后的各个链表项中；步骤10)若在计时器结束计时之前，目的节点又收到了另外一个相同ID号的元数据包，则目的节点对比其所收到的两个元数据包中各个字段的值，并计算“实际最小剩余能量”、“实际最小链路传输速率”以及“实际最低链路信噪比”这三个字段中的值的乘积，选择乘积结果较大的一个元数据包所经历的路径作为主路径，另一个作为备选路径，并将这两个元数据包中的路径信息字段中的各个ID号填充到应答包的“主路径”和“备选路径”字段后的相应的链表项中；步骤11)若在计时器结束计时之前，目的节点又收到了两个或两个以上相同ID的元数据包，则目的节点按照步骤9)中的方式进行计算，选择乘积最大的一个元数据包所经历的路径作为主路径，选择乘积第二大和第三大的元数据包所经历的路径分别作为备选路径和次路径；并将这三个元数据包中的路径信息字段中的各个ID号填充到应答包的“主路径”、“备选路径”和“次路径”字段后的相应的链表项中；步骤12)目的节点沿着其所建立的路径，反向广播应答包，若目的节点没有收到任何元数据包，则不产生应答包；步骤13)在中继节点针对某元数据包的计时时间到达Pi之前，若收到了目的节点针对该元数据包的应答包，则节点停止针对该元数据包的计时，同时删除其存储表中针对该元数据的相关表项，并转发该应答包；若中继节点没有收到关于该元数据包的应答包，则节点删除其存储表中针对该元数据包的相关表项；步骤14)在源节点的计时时间到达Ti之前，若收到了关于元数据包的应答包，则源节点查看该应答包的内容后执行以下操作：若该应答包中有且仅有主路径的信息，则：③若源节点将要发送的是多媒体传感数据，则降低节点的采样分辨率或采样帧率，或者增大采样时间间隔，并调整节点对传输路径的速率、信噪比、中继节点的剩余能量以及传感数据最大允许传输时间等条件的要求，重新生成并发送元数据包，以建立备选路径和次路径，同时，开始在主路径上传输多媒体数据；④若源节点将要发送的是普通传感数据，则降低节点的数据采样精度或增大其采样时间间隔，并调整节点对传输路径的速率、信噪比、中继节点的剩余能量以及传感数据最大允许传输时间等条件的要求，重新生成并发送元数据包，以建立备选路径和次路径，同时，开始在主路径上传输普通传感数据；若应答包中有且仅有主路径和备选路径的信息，则源节点重新生成并发送元数据包，以建立次路径，同时，开始在主路径上传输传感数据；若应答包中同时含有主路径、备选路径和次路径的信息，则源节点开始在主路径上传输传感数据，在次路径上传输控制数据；步骤15)在源节点的计时时间到达Ti之前，若没有收到关于元数据包的应答包，则：若源节点将要发送的是多媒体传感数据，则降低节点的采样分辨率和采样帧率，同时增大采样时间间隔；若源节点将要发送的是普通传感数据，则降低节点的数据采样精度，同时增大采样时间间隔；随后，源节点重新计算对传输路径的速率、信噪比、中继节点的剩余能量以及传感数据最大允许传输时间等条件的要求，重新生成并发送元数据包，转步骤5)；步骤16)若源节点将其对网络的资源要求降低到最低限度后，仍无法收到关于其元数据包的应答包，则该源节点放弃其传感数据发送要求，直到有新的传感数据需要发送时，转步骤4)；步骤17)在中继节点转发传感数据的过程中，以一定的时间间隔监听其相应的数据接收缓冲队列，查看其是否溢出，同时监听本节点所在的链路的传输情况，包括链路的拥塞状况、丢包率、误码率；若多媒体传感数据队列溢出，则：①中继节点通知产生该传感数据的源节点，启用备选路径，分担部分传感量；②若在源节点启用备选路径后，多媒体传感队列仍然溢出，则中继节点通知源节点降低多媒体数据的采样分辨率，同时考察队列是否继续溢出；⑥若多媒体传感数据队列仍然溢出，则中继节点通知源节点增大数据采样时间间隔，以降低到达该队列的数据接收速率；⑦若队列仍然溢出，则中继节点通知源节点以快照形式而非多媒体流的形式传输传感数据，即源节点只发送非连续的关键帧；⑧执行④后，队列仍然溢出，则中继节点通知源节点停止对该传感数据的发送；若普通传感数据队列溢出，则：①中继节点通知产生该传感数据的源节点，增大数据采样时间间隔，以降低到达该队列的数据接收速率，同时考察队列是否仍然溢出；⑥若普通传感数据队列仍然溢出，则中继节点通知源节点，降低其数据采样精度，同时考察队列是否继续溢出；⑦若普通传感数据队列仍然溢出，则中继节点为产生传感数据的源节点设定一个“数据突变门限值”，并将该值返回给源节点，源节点只发送超出该门限的传感数据；⑧若此时普通传感队列仍然溢出，则中继节点通知源节点，启用备选路径，分担部分传感数据量；⑨若在源节点启用备选路径后，普通传感队列仍然溢出，则中继节点通知源节点，停止对该传感数据的发送；若中继节点所在链路的信噪比、传输差错率、丢包率等指标，不足以保证传感数据的可靠传输，则中继节点通知源节点启用备选路径，以分担部分传感数据量，同时通知其上一跳节点降低数据发送速率，以提高链路的可靠性指标，若中继节点所在链路仍不能保证传感数据的可靠传输，则中继节点通知源节点，停止对该传感数据的发送，以节约网络资源。