一种基于6LoWPAN的无线传感器网络节能数据传递方法

摘要

一种基于6LoWPAN的无线传感器网络节能数据传递方法，通过在信源和信宿之间寻找一个最优的临时拼装节点TAN，信源先把IPv6数据包分片再将分片逐一通过6LoWPAN协议的MUR路由即Mesh-under Routing方法将数据包传递到TAN，TAN将所有接收到的分片拼装成原来的IPv6数据包，然后，再把该IPv6数据包分片且逐一把分片通过MUR传递到信宿节点，以此降低节点发送数据包的总能耗。其中，“TAN寻找方法”是本发明的关键，其核心是式（19）。本发明可以降低无线传感器网络节点传递数据包的能耗、数据包的重传次数以及通信时延。

主权项

一种基于6LoWPAN的无线传感器网络节能数据传递方法,其特征在于：所述无线传感器网络节能数据传递方法包括以下过程：首先，通过在信源和信宿之间寻找一个最优的临时拼装节点TAN，选择临时拼装节点TAN的方法如下：步骤1：以<A_i,A_j>表示连接节点A_i和节点A_j的链路，以<A₀,A₁,...,A_n>表示以A₀为信源节点、A_n为信宿节点并且经过节点A₁,A₂,A₃,...和A_n‑1的数据包传递路径，共n跳；步骤2：按式(19)计算E_avg(n)，并取Min_E＝E_avg(n)，并记Best_Pair＝{n}；$\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{avg}}\left(n\right)\equiv P_{\mathrm{Succ}}{E}_{\mathrm{Total}}^{\left(S\right)}+(1-P_{\mathrm{Succ}})E_{\mathrm{Total}}^{\left(F\right)}\\ =S_{\mathrm{IP}}\underset{i=1}{\overset{n}{\Pi }}{[1-{\left(q_i\right)}^N]}^M\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}[2E_{\mathrm{elec}}+{ϵ}_{\mathrm{amp}}{d}_i^{\gamma }]\frac{1-(N+1){q_i}^N+{q_i}^{N+1}}{1-q_i}+(1-\underset{i=1}{\overset{n}{\Pi }}{[1-{\left(q_i\right)}^N]}^M)\\ ·\underset{t=1}{\overset{M}{\Sigma }}t[\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}k\left(N\right[{2E}_{\mathrm{elec}}+{ϵ}_{\mathrm{amp}}{d}_j^{\gamma }]+\underset{i=1}{\overset{j-1}{\Sigma }}\frac{1-(N+1){q_i}^N+{{\mathrm{Nq}}_i}^{N+1}}{1-q_i}[{2E}_{\mathrm{elec}}+{ϵ}_{\mathrm{amp}}{d}_i^{\gamma }\left]\right)\\ ·{\left(q_j\right)}^N\underset{i=1}{\overset{j-1}{\Pi }}[1-{\left(q_i\right)}^N]+(M-t)k\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}[2E_{\mathrm{elec}}+{ϵ}_{\mathrm{amp}}{d}_i^{\gamma }]\frac{1-(N+1){q_i}^N+{{\mathrm{Nq}}_i}^{N+1}}{1-q_i}\\ ·{(1-\underset{i=1}{\overset{n}{\Pi }}[1-{\left(q_i\right)}^N\left]\right)}^t{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Pi }}\right[1-{\left(q_i\right)}^N\left]\right)}^{M-t}\end{array}---\left(19\right)$其中，S_IP是IPv6数据包所包含的比特数；q_i和d_i分别是链路<A_i‑1,A_i>的丢包率和链路<A_i‑1,A_i>两端点的距离，i＝1,2,…,n；M表示IPv6数据包被分成的片数；N表示单跳链路中MAC层的最大重传次数；E_elec表示发射装置和接收电路每发送或接收单位比特的耗能；ε_amp表示发射放大器在单位平方米传送每比特所耗的能量；γ是路径损耗参数；P_succ表示M个分片全部被信宿接收的概率；表示在IPv6数据包被成功传递到信宿的条件下路径<A₀,A₁,...,A_n>上所有节点发送数据包的总能耗；表示在IPv6数据包未能被成功传递到信宿的条件下，路径<A₀,A₁,...,A_n>上所有节点发送数据包的总能耗；k表示一个数据包所占的比特数；t是求和变量，它依次取值t＝1,2,…,M；步骤3：取n₁＝1；步骤4：取n₂＝n‑n₁；步骤5：按式(19)计算E_avg(n₁)和E_avg(n₂)；步骤6：如果E_avg(n₁)+E_avg(n₂)<Min_E，则取Min_E＝E_avg(n₁)+E_avg(n₂)，并记Best_Pair＝{n₁,n₂}；步骤7：n₁＝n₁+1，如果n₁<n，转到步骤4；步骤8：如果Best_Pair有两个值n₁和n₂，则将距离信源n₁跳的中间节点选取为TAN，否则，在信源和信宿之间不设TAN；接着，在TAN选取之后，信源节点A₀把数据包分片，然后按照6LoWPAN协议中给出的MUR即Mesh‑under Routing方法把所有的分片发送到TAN；TAN的协议栈的适应层把接收到的所有分片上交到网络层，网络层将所有分片拼装成源IPv6数据包即信源节点A₀所发送的数据包；之后，TAN的网络层提取IPv6数据包头部的目的IP地址，查找路由表获得下一跳节点地址，再将IPv6数据包分片并通过MUR路由到信宿节点A_n，然后，信宿节点把接收到的数据分片拼装成原来的IPv6数据包。