移动无线传感器网络中链路质量的测量方法技术

本发明专利技术提供一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，所述方法包括以下步骤：S1、基于移动基站及无线传感器网络，建立有向图；S2、根据数据包标记的方法，计算所述有向图的路径丢包率；S3、根据所述有向图的路径丢包率，计算所述有向图的链路丢包率。本发明专利技术通过利用移动基站接收到的数据包的信息，进而测量传送路径的链路质量，从而达到高效、低能耗的进行链路质量测量的目的。

【技术实现步骤摘要】
移动无线传感器网络中链路质量的测量方法
本专利技术涉及无线自组织网络与传感器网络领域，特别涉及一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法。
技术介绍
近年来，无线传感器领域的科技进展已经使得无线传感器网络在规模化应用方面取得了重大突破。国内外的研究人员已经利用无线传感器网络在火山爆发监测、物种迁移、森林大火预防等领域取得了诸多进展；然而，这些系统通常需要在有限的能量供应下持久的运行较长的时间，于是能量成为了无线传感器网络性能的一个重大瓶颈，为了解决这一问题，业内人士提出了一种有效的方案，即给护林员配备一台移动终端以避免数据包多跳传输带来的能量消耗，大幅度提升网络性能。在无线传感器网络中，网络管理的基础架构也是最重要的功能之一，网络管理的基础架构就是对网络中各条链路的运行状况进行实时监控。若是发生严重丢包，网络管理系统可以迅速定位出是哪条链路故障而发生丢包，从而可以辅助网络管理人员对网络状况进行修复。网络链路质量的测量结果，不仅可以定位较差的链路，还能为诊断工具提供有效信息，挖掘网络错误的根本原因。然而，基于移动终端的网络架构给无线传感器网络的链路测量带来了新的挑战。主要表现在：1）在静态网络中，数据的传输通常是基于一棵相对稳定的路由树，用于传输数据的链路相对较少。而在基于移动基站的网络中，路由树需要根据基站的位置做出实时的更新，大量的链路都参与了路由树的建立。目前已有的针对静态网络的链路质量测量方案，或者假设路由树的结构始终保持不变，或者假设路由树的结构在短时间内保持稳定。这样的假设，在移动传感器网络中是不成立的。因为路由树的结构会频繁变化，而由于基站的移动性，也很难找到一个合适的时间段，使得期间网络结构保持固定。2）部分已有的测量技术是采用主动向网络中注入探测包的方法来主动收集链路状况；这样不仅会加重节点的负担，增加不必要的能耗，而且会造成网络拥塞，使得原本丢包率就很高的链路其质量变得更差，导致测量的结果也不准确。由此可见，目前的链路质量测量方案，在移动基站存在的情况下会失效。因此，现有技术确有改善的必要。
技术实现思路
（一）解决的技术问题本专利技术解决的技术问题是提供一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，不用向移动无线传感器网络主动注入数据包，且能够适应任意的网络拓扑结构，可以实时的进行链路质量的监控和测量。（二）技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：本专利技术提出了一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，所述方法包括以下步骤：S1、基于移动基站及无线传感器网络，建立有向图；S2、根据数据包标记的方法，计算所述有向图的路径丢包率；S3、根据所述有向图的路径丢包率，计算所述有向图的链路丢包率。优选地，步骤S1还包括：当所述移动基站在所述无线传感器网络中移动时，基于无线传感器网络，重新建立有向图。优选地，步骤S2中所述数据包标记的方法为：S21、对所述有向图中传感器节点发出的包括序列号域的数据包增加通过节点ID域和跳数域；其中，所述序列号域用于标识数据包的编号，所述通过节点ID域用于记录所述数据包通过节点的ID，所述跳数域用于记录所述数据包的跳跃总数；S22、当传感器节点A接收到传感器节点B发送的当前数据包时，判断所述当前数据包的所述通过节点ID域是否被标记过；若是，则所述传感器节点A直接将所述当前数据包转发；若否，则跳转步骤S23；S23、判断所述传感器节点A是否接收过所述传感器节点B发送的数据包；若否，则将所述当前数据包的所述通过节点ID域设置为所述传感器节点A的ID；若是，则跳转步骤S24；S24、判断所述传感器节点A接收到的所述传感器节点B发送的上一数据包，是否满足所述上一数据包的所述序列号域等于所述当前数据包的所述序列号域与1的差值；若满足，则将所述当前数据包的所述跳数域增加1；若不满足，则将所述当前数据包的所述通过节点ID域设置为所述传感器节点A的ID。优选地，步骤S2中所述计算所述有向图的路径丢包率之前还包括：当所述移动基站接收到预设数目数据包后，利用所述预设数目数据包的所述通过节点ID域确定所述预设数目数据包的传送路径；记录所述传送路径在丢包前所述移动基站接收到的前一个数据包所述序列号域d1，和记录丢包后所述移动基站接收到的后一个数据包所述序列号域d2，则所述传送路径的数据包丢失量为d2-d1-1。优选地，步骤S2中所述计算所述有向图的路径丢包率为：所述传送路径的数据包丢失量，与所述传送路径的数据包丢失量与所述预设数目数据包和的比值。优选地，步骤S3具体包括：S31、根据所述路径与所述路径中每条链路的关系，设置路由矩阵；S32、根据所述路由矩阵和所述路径丢包率，并根据以下公式计算链路丢包率；所述公式为：Rm×nxn×1＝bm×1；bm×1＝(b1,b2,...,bm)T；bi＝-log(1-pi)；xn×1＝(x1,x2,…，xn)T；其中，Rm×n为路由矩阵，pi为路径丢包率，αi为链路丢包率，xn×1、bm×1、bi、bm、xn、xi均为中间变量。（三）有益效果本专利技术通过提供一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，通过利用移动基站接收到的数据包的信息，进而测量传送路径的链路质量，从而达到高效、低能耗的进行链路质量测量的目的。附图说明图1是本专利技术提出的方法流程图；图2是移动基站与传感器建立的路由树示意图；图3是链路变化后，移动基站与传感器建立的路由树示意图；图4是移动基站移动后与传感器建立的路由树示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术提出了一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，该方法对网络的动态性具有良好的适应能力，适用于任意的网络拓扑结构；不向网络主动注入数据包，从而不产生额外的网络流量，也不对系统的正常运行和链路质量测量结果产生干扰，能够胜任在大规模无线传感器网络的部署和运行中长期提供链路质量的监控测量；结果准确性高，能够实时地进行链路质量监控。该方法的核心内容在于对基于移动基站的无线传感网的结构进行建模，可以分析出在移动基站存在的情况下，网络链路质量彼此之间的相互影响情况，进而来实施具体的链路测量。该方法流程图如图1所示，所述方法包括以下步骤：S1、基于移动基站及无线传感器网络，建立有向图；S2、根据数据包标记的方法，计算所述有向图的路径丢包率；S3、根据所述有向图的路径丢包率，计算所述有向图的链路丢包率。步骤S1具体包括：基于移动基站的无线传感器网络可以用一幅有向图G=(V,E)来表示。其中V代表网络中的节点集合，包括静态的传感器节点和移动的基站节点两类。静态的传感器节点被部署在目标区域，周期性的采集环境数据，并且一旦被部署之后就无法移动。静态节点可以在低功耗的模式下运行，它们时钟不一定是同步的，因而它们的采样周期可以不一致。另一方面，移动的节点被移动的用户所携带，它们的作用是与周围的静态节点交互，收集静态节点所采集到的数据。移动节点的路径既可以是预先设定好的，也可以是在数据收集的过程中根据收集的结果动态调整得到。由于移动节点始终在运动，能与移动节点进行通信的静态节点的集合也一直在变化。有向图G的边集合E代表网络中所有传感器节点的链路。由于传感网的链路可能是不对称的，即节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、基于移动基站及无线传感器网络，建立有向图；S2、根据数据包标记的方法，计算所述有向图的路径丢包率；S3、根据所述有向图的路径丢包率，计算所述有向图的链路丢包率。

【技术特征摘要】
1.一种移动无线传感器网络中链路质量的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、基于移动基站及无线传感器网络，建立有向图；S2、根据数据包标记的方法，计算所述有向图的路径丢包率；S3、根据所述有向图的路径丢包率，计算所述有向图的链路丢包率；其中，步骤S2中所述数据包标记的方法为：S21、对所述有向图中传感器节点发出的包括序列号域的数据包增加通过节点ID域和跳数域；其中，所述序列号域用于标识数据包的编号，所述通过节点ID域用于记录所述数据包通过节点的ID，所述跳数域用于记录所述数据包的跳跃总数；S22、当传感器节点A接收到传感器节点B发送的当前数据包时，判断所述当前数据包的所述通过节点ID域是否被标记过；若是，则所述传感器节点A直接将所述当前数据包转发；若否，则跳转步骤S23；S23、判断所述传感器节点A是否接收过所述传感器节点B发送的数据包；若否，则将所述当前数据包的所述通过节点ID域设置为所述传感器节点A的ID；若是，则跳转步骤S24；S24、判断所述传感器节点A接收到的所述传感器节点B发送的上一数据包，是否满足所述上一数据包的所述序列号域等于所述当前数据包的所述序列号域与1的差值；若满足，则将所述当前数据包的所述跳数域增加1；若不满足，则将所述当前数据包的所述通过节点ID域设置为所述传感器节点A的ID...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗欣，刘克彬，刘云浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11