本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)據(jù)溯源的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)傳輸拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensornetworks，wsn)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，具有數(shù)據(jù)采集、通信、存儲和處理能力的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織通信系統(tǒng)，其中，每一個(gè)傳感器為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，用于環(huán)境感知，并將感知的數(shù)據(jù)以多跳方式傳輸?shù)交尽Ｔ跓o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于工作位置和性能配置等因素的不同，各傳感器節(jié)點(diǎn)的活躍(繁忙)程度差異較大，這種差異是傳感器節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生能耗差異的主要原因，而能耗的差異又直接影響到整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可用性。因此，wsn各節(jié)點(diǎn)活躍程度的準(zhǔn)確評估對整個(gè)wsn的運(yùn)行與管控都具有非常重要的意義。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸拓?fù)涫侵赣筛鱾鞲衅鞴?jié)點(diǎn)及數(shù)據(jù)通信鏈路形成的邏輯拓?fù)洹鬏斖負(fù)涮峁┝艘环N對wsn各節(jié)點(diǎn)通信情況的直觀刻畫。根據(jù)傳輸拓?fù)洌粌H能獲悉整個(gè)wsn的實(shí)際通信路徑，而且能區(qū)分活躍節(jié)點(diǎn)和閑置節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，還可以對wsn各節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍程度進(jìn)行定量分析，因此，傳輸拓?fù)鋵sn各節(jié)點(diǎn)能耗和布局優(yōu)化，以及整個(gè)wsn的穩(wěn)定性和可用性都具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是通過無線通信協(xié)議傳遞數(shù)據(jù)，因而從網(wǎng)絡(luò)的物理布局中無法得知其實(shí)際傳輸拓?fù)洹Ｄ壳耙延械膚sn拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)技術(shù)主要通過探尋節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系信息來推測wsn的傳輸拓?fù)洌@些方法存在的不足是：

(1)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)不準(zhǔn)確。首先，現(xiàn)有方法基于節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系信息來推測傳輸拓?fù)洌@種推測是不精確的，因而所得到的傳輸拓?fù)渲皇且环N可能結(jié)果；其次，wsn中節(jié)點(diǎn)的屬性具有動態(tài)性，因而傳輸拓?fù)湟簿哂袆討B(tài)演化特征，而現(xiàn)有方法難以反映這種動態(tài)特征。

(2)不能準(zhǔn)確反映節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍程度。現(xiàn)有方法所給出的wsn傳輸拓?fù)潆y以對各節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍程度進(jìn)行定量描述。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于數(shù)據(jù)溯源的wsn加權(quán)傳輸拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法及系統(tǒng)，根據(jù)數(shù)據(jù)溯源所得到的數(shù)據(jù)實(shí)際傳輸路徑，來擬合wsn的傳輸拓?fù)洹１景l(fā)明所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)洌侵赣苫舅爡^(qū)域內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)和通信鏈路所形成的、反映數(shù)據(jù)實(shí)際通信過程的邏輯拓?fù)洌凰黾訖?quán)是指所得到的傳輸拓?fù)浜鞴?jié)點(diǎn)和鏈路的活躍性度量；所述數(shù)據(jù)溯源，是指基站對所接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行追溯，還原出該數(shù)據(jù)包在傳輸過程中所經(jīng)過的所有路由節(jié)點(diǎn)及其轉(zhuǎn)發(fā)順序。本發(fā)明所述方法不僅能提供wsn的精確傳輸拓?fù)洌夷軌驅(qū)?jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍程度進(jìn)行準(zhǔn)確評估，同時(shí)還能對wsn傳輸拓?fù)涞膭討B(tài)演變進(jìn)行刻畫。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于數(shù)據(jù)溯源的wsn加權(quán)傳輸拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)方法，分為以下步驟：

步驟(1)：對基站的傳輸拓?fù)溥M(jìn)行初始化；

步驟(2)：基站每收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，均執(zhí)行以下子步驟：步驟(2.1)：對基站接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行溯源；步驟(2.2)：根據(jù)溯源路徑對傳輸拓?fù)溥M(jìn)行擬合；

步驟(3)：輸出基站的傳輸拓?fù)洌?/p>

步驟(4)：對于含多個(gè)基站的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其傳輸拓?fù)溆筛骰镜膫鬏斖負(fù)浒凑栈局g的通信關(guān)系合并生成。

所述步驟(1)之前包括的步驟：

設(shè)tp(b)為當(dāng)前基站b所轄區(qū)域的傳輸拓?fù)洌泃p(b)＝(n^b,e^b)，

其中，n^b＝{n1,n2,…,nm}為基站b所轄區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)的集合，m為節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

e^b＝{<ni,nj>|ni,nj∈n^b}為通信鏈路的集合，<ni,nj>為鏈路邊，表示自節(jié)點(diǎn)ni到nj是一條數(shù)據(jù)傳輸鏈路；

對任意nj∈n^b，記x(nj)為節(jié)點(diǎn)nj的活躍度權(quán)值；

對任意<ni,nj>∈e^b，記y(ni,nj)為鏈路邊<ni,nj>的活躍度權(quán)值。

所述步驟(1)：

將基站b的傳輸拓?fù)鋞p(b)中鏈路集合e^b初始化為空集，所轄區(qū)域各節(jié)點(diǎn)的活躍度初始化為零，即：對任意nj∈n^b，x(nj)←0；其中，“←”表示賦值。

所述步驟(2.1)：

設(shè)d為基站接收的當(dāng)前數(shù)據(jù)包，通過數(shù)據(jù)溯源，得到該數(shù)據(jù)包在傳輸過程中的實(shí)際傳輸路徑p(d)＝<nd,1,nd,2,…,nd,t>，其中，nd,k∈n^b，k＝1,2,…,t，t為路徑長度，nd,1為d的源發(fā)送節(jié)點(diǎn)，nd,k表示數(shù)據(jù)包d的傳輸路徑上的第k個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。

所述步驟(2.2)：

將傳輸路徑p(d)中所有鏈路邊均加入鏈路集合e^b，并累計(jì)各節(jié)點(diǎn)和鏈路邊的活躍度權(quán)值；即：

e^b←(e^b∪{<nd,1,nd,2>,<nd,2,nd,3>,…,<nd,t-1,nd,t>})；

并且，節(jié)點(diǎn)的活躍度權(quán)值：x(nd,k)←(x(nd,k)+1)，k＝1,2,…,t；

鏈路邊的活躍度權(quán)值：y(nd,j-1,nd,j)←(y(nd,j-1,nd,j)+1)，j＝2,3,…,t；

其中，x(nd,k)表示節(jié)點(diǎn)nd,k的活躍度權(quán)值，y(nd,j-1,nd,j)表示鏈路邊<nd,j-1,nd,j>的活躍度權(quán)值。

所述步驟(3)：

設(shè)置拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)，重復(fù)執(zhí)行步驟(2)直到拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)，輸出得到的傳輸拓?fù)?n^b,e^b)，并且，對任意nk∈n^b，輸出節(jié)點(diǎn)nk的活躍度權(quán)值x(nk)；對任意<ni,nj>∈e^b，輸出鏈路邊<ni,nj>的活躍度權(quán)值y(ni,nj)。

基于數(shù)據(jù)溯源的wsn加權(quán)傳輸拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)系統(tǒng)，包括傳輸路徑溯源模塊和傳輸拓?fù)鋽M合模塊；

所述傳輸路徑溯源模塊的作用是：當(dāng)收到數(shù)據(jù)包時(shí)，對當(dāng)前數(shù)據(jù)包進(jìn)行溯源，還原出該數(shù)據(jù)包的實(shí)際傳輸路徑；

所述傳輸拓?fù)鋽M合模塊的作用是：根據(jù)所述傳輸路徑溯源模塊得到的數(shù)據(jù)包傳輸路徑來擬合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸拓?fù)洌⒗塾?jì)傳輸路徑中各節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍度權(quán)值，在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)輸出傳輸拓?fù)湟约案鞴?jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍度權(quán)值。

根據(jù)上述敘述可知：

(1)本發(fā)明所述wsn傳輸拓?fù)涫菍?shù)據(jù)包的實(shí)際傳輸路徑進(jìn)行擬合生成的，因而準(zhǔn)確地反映了wsn的實(shí)際數(shù)據(jù)通信情況；

(2)本發(fā)明所述方法在擬合傳輸拓?fù)溥^程中，記錄了各節(jié)點(diǎn)參與不同數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l次和通信鏈路的出現(xiàn)頻次，這些頻次數(shù)據(jù)真實(shí)地反映了各節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍程度；

(3)本發(fā)明所述方法所提供的傳輸拓?fù)洌哂须S時(shí)間而持續(xù)變化的動態(tài)性，在每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)所得到的傳輸拓?fù)涫钦麄€(gè)wsn演變過程的一個(gè)快照，因此，從連續(xù)時(shí)間點(diǎn)所得到的傳輸拓?fù)渲校煞从吵鰺o線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞难葑兲卣鳌?/p>

本發(fā)明的創(chuàng)新性

1本發(fā)明從數(shù)據(jù)溯源角度，給出一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)新方法，該方法基于對數(shù)據(jù)包實(shí)際傳輸路徑的擬合，因而可提供wsn的精確傳輸拓?fù)洌夷軐sn傳輸拓?fù)涞膭討B(tài)演變特征進(jìn)行刻畫。

2本發(fā)明提供的wsn傳輸拓?fù)渚哂屑訖?quán)屬性，其節(jié)點(diǎn)和鏈路權(quán)值準(zhǔn)確地體現(xiàn)了wsn中節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍程度。

本發(fā)明的有益效果

1本發(fā)明提供了一種獲得wsn精確傳輸拓?fù)涞男路椒ǎ鉀Q了現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸拓?fù)洳痪_、不能反映節(jié)點(diǎn)和通信鏈路的活躍度，以及不能刻畫wsn的動態(tài)演變特征等問題。

2本發(fā)明所述方法充分利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)溯源技術(shù)，設(shè)計(jì)巧妙，方法簡單，并具有良好的可實(shí)現(xiàn)性。

3本發(fā)明為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溲葑兒头€(wěn)定性分析提供了重要的研究途徑。

附圖說明

圖1是本發(fā)明傳輸拓?fù)鋽M合流程圖；

圖2(a)-2(d)是本發(fā)明所述傳輸拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，基站收到數(shù)據(jù)包d后，首先對數(shù)據(jù)包d進(jìn)行溯源，獲得d的實(shí)際傳輸路徑<nd,1,nd,2,…,nd,t>，然后將該路徑中各鏈路邊均加入傳輸拓?fù)涞逆溌芳蟚^b中，并對傳輸路徑中節(jié)點(diǎn)和鏈路邊出現(xiàn)的頻次進(jìn)行累計(jì)，該累計(jì)頻次即為wsn傳輸拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)和鏈路的活躍性度量。

表1和圖2(a)-2(d)為本發(fā)明所述方法的示例：某基站設(shè)置拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)為：t1、t2、t3和t4，在各時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)溯源統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1某基站在不同時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)溯源統(tǒng)計(jì)結(jié)果示例表

在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，基站對所得到的數(shù)據(jù)包的溯源結(jié)果按照圖1所示的擬合步驟，生成傳輸拓?fù)洌瑘D2(a)為t1時(shí)刻的傳輸拓?fù)鋱D；圖2(b)為t2時(shí)刻的傳輸拓?fù)鋱D；圖2(c)為t3時(shí)刻的傳輸拓?fù)鋱D；圖2(d)為t4時(shí)刻的傳輸拓?fù)鋱D。圖2(a)-2(d)中節(jié)點(diǎn)旁邊的圓括號內(nèi)數(shù)字表示節(jié)點(diǎn)的活躍度權(quán)值，鏈路旁邊的方括號數(shù)字表示鏈路活躍度權(quán)值。從圖2(a)-2(d)中可以看出：本發(fā)明所述方法準(zhǔn)確地?cái)M合了wsn的實(shí)際數(shù)據(jù)通信狀態(tài)，所得到的傳輸拓?fù)淠軌蚍从吵雒總€(gè)節(jié)點(diǎn)和鏈路段的活躍程度，而且，從不同時(shí)間點(diǎn)所得到的傳輸拓?fù)渲锌娠@示出wsn傳輸拓?fù)涞膭討B(tài)演變過程。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。