本发明专利技术公开了一种无线传感器网络的定向诊断方法和装置，无线传感器节点的记录每个转发的包的情况，最后形成自己的标记；基站节点发现某些网络异常时，将会启动对潜在问题区域的节点进行标记收集；得到局部拓扑图用来建立初步的推理模型；根据建立的推理模型，选择最优的探测方案对网络进行进一步探测，每次的探测结果用来进一步细化推理模型；增量探测结束的时候，生成诊断报告。本发明专利技术提高了推理的准确率，而且诊断区域局限在潜在问题区域，从而有效地降低了网络诊断的消耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线传感器网络
，尤其涉及一种无线传感器网络的定向诊断方法和装置。
技术介绍
虽然目前有许多的研究工作使得无线传感器网络的连接性以及功能性都得到了改善，但是无线传感器网络中仍然存在节点失效，链路不稳定以及外界环境干扰等常见错误。无线传感器网络一旦部署以后，由于其自组织方式的特点，网络内部运行情况对管理员来说是透明的，这给网络相关的异常检测与定位造成了困难，因此设计有效的在线诊断工具来帮助网络管理员监控网络运行状态以及维护传感器系统运行是非常有意义的。现有的无线传感器网络中的诊断算法都包含了两个独立的部分收集运行状态信息和网络异常原因推断。例如有人提出了一种主动式诊断技术，基站节点周期性从每个传感器节点收集运行状态信息然后利用决策树模型进行原因推断。还有人提出了一种利用外部能量测量工具来收集所有节点的能量信息，然后使用分类器来判断那些不响应节点的内部健康状况以及可能的原因。从以上可以看出，这些方法有一个共同的缺陷，他们的信息收集过程是静态的预定义过程，并没有利用任何运行中的信息。很明显，预定义的信息收集过程可能会造成两个不好的结果，过多的信息收集给网络带来了额外的通讯开销，过少的信息收集使得原因推断产生过多的错误判断。探测是一种在Internet以及企业网络中非常常用的获取网络内部状态的诊断方法。在许多不同的应用场景中许多不同的探测方法，但是他们大多数都需要依赖于专家知识或是预先信息例如网络拓扑，而且他们也都假设网络在运行时是静态的。与Internet以及企业网络相比，无线传感器网络一些自身的特点(1)传感器节点的计算资源及能量有限；(2)由于环境等外部因素干扰以及无线传输的不稳定性，网络拓扑动态变化。并且由于自组织的特点，关于拓扑的事先信息无法获得。如图I所示，左上角是GreenOrbs森林检测系统的物理部署结构图，另外三幅图是不同时刻的网络拓扑快照，可以看到不同时刻网络的连接状态是不同的；(3)由于传感器节点是非常易错的，同时失效的节点数目是难以事先预测的，但是在企业网络中常常假设最多同时出现的错误节点个数为一个事先定义的常数k，因此可以看出现有的一些Internet以及企业网络中的诊断算法并不能直接应用于无线传感器网络，因为没有事先的关于网络内部运行的信息以及网络运行过程中拓扑的动态变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种无线传感器网络的定向诊断方法和装置，信息收集的过程是在推理模型的指导下进行的，随着信息收集不断完善，推理模型也不断得到细化，从而提高推理的准确率。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案一种无线传感器网络的定向诊断方法，包括以下步骤A、记录节点的转发包的节点信息，生成每个节点的转发列表和追踪列表；B、收集网络异常区域传感器节点的转发列表，建立局部拓扑；C、基于局部拓扑建立能够表现网络依赖关系的推理模型；D、根据推理模型进行增量探测，依据探测结果更新推理模型，直到获得诊断报告。步骤A中记录的节点信息，包括前一跳的节点ID和转发包的数目，记录在转发列表中；转发包的源节点ID和所述源节点的序列号，记录在追踪列表中。步骤A中生成每个传感器节点的转发列表和追踪列表时进一步包括以下步骤 Al、传感器节点收到转发包，检查转发列表中是否存在前一跳节点ID的表项；若不存在，则增加所述前一跳节点ID的表项，并将转发包的数目设置为I ;若存在，则将所述前一跳节点ID表项中的转发包数目增加I ;A2、检查追踪列表中是否存在转发包的源节点ID的表项；若不存在，则建立所述源节点ID的表项，并将源节点的序列号设置为所述转发包的序列号；若存在，则比较所述源节点序列号与转发包序列号的大小，当转发包序列号大于源节点序列号时，将所述源节点序列号更新为所述转发包序列号，当转发包序列号小于源节点序列号时，不做任何操作。步骤B进一步包括以下步骤BI、基站节点从追踪列表中取出被怀疑节点的表项，打包成一个探测包广播至网络；B2、传感器节点接收到探测包后，检查追踪列表中是否包含探测包中被怀疑的源节点ID，若包含，则比较所述源节点ID在追踪列表中和在探测包中的序列号的大小，当探测包中的序列号大于追踪列表中的序列号时，所述传感器节点将转发列表发送给基站节点，并将探测包发送给邻居节点；B3、基站节点根据收到的转发列表建立局部拓扑，对所述局部拓扑进行修改，修改后的局部拓扑中的叶子节点只包括基站节点和被怀疑节点。步骤C中，根据局部拓扑生成基于贝叶斯网络结构的推理模型，并确定每个顶点的概率分布，以其中的天线顶点和感知数据顶点的后验概率来指导后续探测路线选择和原因推断。步骤D进一步包括以下步骤D1、将现有症状输入推理模型，根据原因节点的后验概率产生候选错误集合；D2、计算候选错误集合的可信度，当可信度大于预设阈值时，将当前候选错误集合作为诊断报告输出；当可信度小于预设阈值时，进入步骤D3 ；D3、将覆盖了与所述候选错误集合关联的未探测症状数目最多的路径作为探测路径，利用包含最小怀疑节点数目的探测包进行探测，将探测收集的网络信息反馈至推理模型并返回步骤D1。—种无线传感器网络的定向诊断装置，包括节点追踪模块，标记收集模块，模型推理模块和增量探测模块，所述节点追踪模块，标记收集模块，模型推理模块和增量探测模块依次连接，其中，节点追踪模块，用于记录节点的转发包的节点信息，生成每个节点的转发列表和追踪列表；标记收集模块，用于收集网络异常区域传感器节点的转发列表，建立局部拓扑；模型推理模块，用于基于局部拓扑建立能够表现网络依赖关系的推理模型；增量探测模块，用于根据推理模型进行增量探测，依据探测结果更新推理模型，直到获得诊断报告。所述节点追踪模块记录的节点信息包括前一跳的节点ID和转发包的数目，记录在转发列表中；转发包的源节点ID和所述源节点的序列号，记录在追踪列表中。 所述模型推理模块，根据局部拓扑生成基于贝叶斯网络结构的推理模型，并确定每个顶点的概率分布，以其中的天线顶点和感知数据顶点的后验概率来指导后续探测路线选择和原因推断。所述增量探测模块进一步包括错误推理模块，错误集合评价模块和探测路线选取模块，其中，错误推理模块，用于将现有症状输入推理模型，根据原因节点的后验概率产生候选错误集合；错误集合评价模块，用于计算候选错误集合的可信度，当可信度大于预设阈值时，将当前候选错误集合作为诊断报告输出；探测路线选取模块，用于当可信度小于预设阈值时，将覆盖了与所述候选错误集合关联的未探测症状数目最多的路径作为探测路径，利用包含最小怀疑节点数目的探测包进行探测，将探测收集的网络信息反馈至模型推理模块。采用本专利技术的技术方案，信息收集的过程是在推理模型的指导下进行的，随着信息收集不断完善，推理模型也不断得到细化，从而提高推理的准确率。这个方法的诊断区域局限在潜在问题区域，从而有效地降低了网络诊断的消耗，一种非常有效的在线的无线传感器网络诊断方法。附图说明图I是现有的森林检测系统的物理部署结构示意图。图2是本专利技术具体实施方式提供的无线传感器网络的定向诊断方法的流程示意图。图3是本专利技术具体实施方式中转发列表与追踪列表的结构示意图。图4是本专利技术具体实施方式中局部拓扑的修建过程示意图。图5是本专利技术具体实施方式中使用的贝叶斯网络结构示意图。图6是本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的定向诊断方法，其特征在于，包括以下步骤 A、记录节点转发包的节点信息，生成每个节点的转发列表和追踪列表； B、收集网络异常区域传感器节点的转发列表，建立局部拓扑； C、基于局部拓扑建立能够表现网络依赖关系的推理模型； D、根据推理模型进行增量探测，依据探测结果更新推理模型，直到获得诊断报告。2.根据权利要求I所述的无线传感器网络的定向诊断方法，其特征在于，步骤A中记录的节点信息，包括 前一跳的节点ID和转发包的数目，记录在转发列表中； 转发包的源节点ID和所述源节点的序列号，记录在追踪列表中。3.根据权利要求I或2所述的无线传感器网络的定向诊断方法，其特征在于，步骤A中生成每个传感器节点的转发列表和追踪列表时进一步包括以下步骤 Al、传感器节点收到转发包，检查转发列表中是否存在前一跳节点ID的表项；若不存在，则增加所述前一跳节点ID的表项，并将转发包的数目设置为I ;若存在，则将所述前一跳节点ID表项中的转发包数目增加I ; A2、检查追踪列表中是否存在转发包的源节点ID的表项；若不存在，则建立所述源节点ID的表项，并将源节点的序列号设置为所述转发包的序列号；若存在，则比较所述源节点序列号与转发包序列号的大小，当转发包序列号大于源节点序列号时，将所述源节点序列号更新为所述转发包序列号，当转发包序列号小于源节点序列号时，不做任何操作。4.根据权利要求I所述的无线传感器网络的定向诊断方法，其特征在于，步骤B进一步包括以下步骤 BI、基站节点从追踪列表中取出被怀疑节点的表项，打包成一个探测包广播至网络； B2、传感器节点接收到探测包后，检查追踪列表中是否包含探测包中被怀疑的源节点ID，若包含，则比较所述源节点ID在追踪列表中和在探测包中的序列号的大小，当探测包中的序列号大于追踪列表中的序列号时，所述传感器节点将转发列表发送给基站节点，并将探测包发送给邻居节点； B3、基站节点根据收到的转发列表建立局部拓扑，对所述局部拓扑进行修改，修改后的局部拓扑中的叶子节点只包括基站节点和被怀疑节点。5.根据权利要求I所述的无线传感器网络的定向诊断方法，其特征在于，步骤C中，根据局部拓扑生成基于贝叶斯网络结构的推理模型，并确定每个顶点的概率分布，以其中的天线顶点和感知数据顶点的后验概率来指导后续探测路线选择和原因推断...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚伟，
申请(专利权)人：无锡赛睿科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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