一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法?，F(xiàn)有的鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法，如平均值法，或者帶權(quán)值的平均值法，其計(jì)算出的估計(jì)值在描述網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量時(shí)和現(xiàn)實(shí)情況差別較大，沒(méi)有考慮到軟件更新過(guò)程的傳播特性，因而計(jì)算結(jié)果在代入分析模型后計(jì)算的完成時(shí)間和實(shí)驗(yàn)床實(shí)際軟件更新完成時(shí)間不吻合。所述計(jì)算方法是利用局部特性計(jì)算各節(jié)點(diǎn)對(duì)的局部鏈路質(zhì)量估計(jì)值，然后將各個(gè)局部鏈路估計(jì)值的平均值作為網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量估計(jì)值，這一計(jì)算過(guò)程考慮了軟件更新過(guò)程的傳播特性，計(jì)算出的鏈路質(zhì)量估計(jì)值和實(shí)際情況吻合。
【專利說(shuō)明】-種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì) 值計(jì)算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳感網(wǎng)的常見(jiàn)情況是由隨機(jī)部署的大量集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信單元 的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。該些微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)傳感器可 W感知、探測(cè)周圍環(huán)境的信息，如，獲取溫度、濕度、光照、振動(dòng)等數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算處理，然后 經(jīng)由無(wú)線通信鏈路發(fā)送出去，該些信息在該些微型傳感器節(jié)點(diǎn)的自組織管理下最終被傳輸 到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中也。上述功能的實(shí)現(xiàn)需要依賴于傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的應(yīng)用軟件。傳感網(wǎng) 的應(yīng)用軟件在運(yùn)行過(guò)程中軟件出現(xiàn)Bug、安全漏洞等時(shí)，需要通過(guò)軟件更新（重編程）升級(jí) 該一應(yīng)用軟件，保證傳感網(wǎng)可W持續(xù)安全可靠運(yùn)行。重編程協(xié)議是重編程在節(jié)點(diǎn)軟件中的 實(shí)現(xiàn)形式。為描述重編程協(xié)議的完成時(shí)間該一性能指標(biāo)，W及分析它們的性能指標(biāo)用于優(yōu) 化重編程協(xié)議使得軟件更新過(guò)程時(shí)間最少進(jìn)而對(duì)正常的應(yīng)用軟件的運(yùn)行影響最小化，研究 人員將重編程協(xié)議在仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)床上實(shí)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的定量分析給出它們的性能評(píng)價(jià) 結(jié)果。然而，僅僅通過(guò)仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)床該兩種評(píng)價(jià)手段很難完全準(zhǔn)確分析重編程協(xié)議的 性能指標(biāo)?，F(xiàn)有的仿真平臺(tái)要么不能模擬無(wú)線鏈路的隱藏終端問(wèn)題（如，通用仿真器NS-2) 因而不夠準(zhǔn)確，要么仿真非常耗時(shí)（如，傳感網(wǎng)常用仿真器T0SSIM)因而性能評(píng)估效率低 下。另外，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)床往往規(guī)模較小，只有十幾或者幾十個(gè)甚至上百個(gè)節(jié)點(diǎn)，難W評(píng)價(jià)大 范圍網(wǎng)絡(luò)部署情況時(shí)重編程協(xié)議的完成時(shí)間。
[0003] 針對(duì)仿真平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)床在性能評(píng)價(jià)方面的不足，最近研究人員提出了分析模型該 一高效準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)手段，用于全面的評(píng)價(jià)重編程協(xié)議在各種網(wǎng)絡(luò)配置下的性能指標(biāo)。分析 模型需要刻畫1)重編程協(xié)議的行為；2)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征。其中，網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征即網(wǎng)絡(luò)中 各節(jié)點(diǎn)對(duì)（link pair)之間的鏈路質(zhì)量，W及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量估計(jì)值。Jonathan W.化i 等人首次提出了一種可W在線性網(wǎng)絡(luò)中評(píng)估重編程協(xié)議Deluge的分析模型。作者在該模 型中將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點(diǎn)對(duì)的丟包率的平均值（數(shù)學(xué)期望）作為鏈路質(zhì)量的估計(jì)值（平均 值法）。董巧等人在利用分析模型估計(jì)重編程協(xié)議Deluge和MNP時(shí)把TOSSIM仿真器的參 數(shù)位錯(cuò)誤率炬邸，Bit Error Rate)轉(zhuǎn)換為重編程協(xié)議中節(jié)點(diǎn)對(duì)接收一個(gè)數(shù)據(jù)包的接收成 功率（PRR，Packet Rec巧tion Rate)。作者進(jìn)一步為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)的PRR賦予不同的權(quán)值， 然后計(jì)算出一個(gè)帶權(quán)值的PRR平均值，作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量估計(jì)值（帶權(quán)值的平均值 法）。
[0004] 通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)床實(shí)驗(yàn)觀察，我們發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳播軟件更新時(shí)，若 它和周圍節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量都好時(shí)，軟件更新速度就快，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重編程時(shí) 間加快；若它和周圍節(jié)點(diǎn)之間的鏈路質(zhì)量不均衡且有好有壞時(shí)，軟件更新速度就會(huì)由較慢 的那些鏈路的傳播速度決定，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重編程時(shí)間變慢。另一方面，由于不同發(fā) 送節(jié)點(diǎn)的周圍節(jié)點(diǎn)鏈路質(zhì)量相互獨(dú)立，因而任何一個(gè)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的周圍節(jié)點(diǎn)鏈路質(zhì)量較差時(shí) 也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重編程時(shí)間變慢。由W上實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可W看出，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的軟件更新是 受到各節(jié)點(diǎn)的局部節(jié)點(diǎn)對(duì)的鏈路質(zhì)量影響的，表明重編程具有局部特性。平均值法該一通 過(guò)計(jì)算全部節(jié)點(diǎn)對(duì)的PRR平均值的網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量估計(jì)方法忽略了該一特性；該一計(jì)算方法 有時(shí)會(huì)導(dǎo)致一個(gè)鏈路質(zhì)量較好的網(wǎng)絡(luò)的PRR平均值比一個(gè)鏈路質(zhì)量較差的網(wǎng)絡(luò)的PRR平均 值小，因而該一估計(jì)方法適用性差。帶權(quán)值的平均值法該一通過(guò)為每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)的PRR賦 予一個(gè)權(quán)值的方法雖然能夠避免前述平均值法的缺陷，但是該一網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量估計(jì)方法得 出的估計(jì)值是由所占比重較大的大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量決定的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量分布不均衡 時(shí)，尤其是某一個(gè)局部區(qū)域鏈路質(zhì)量都較低時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的重編程時(shí)間必然會(huì)延長(zhǎng)，此時(shí)網(wǎng) 絡(luò)鏈路質(zhì)量的估計(jì)值應(yīng)該較低才合適，而如果使用上述帶有權(quán)值的鏈路質(zhì)量估計(jì)方法會(huì)使 得估計(jì)值偏高。因此，本發(fā)明提出一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種利用局 部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的采用如下技術(shù)方案：
[0007] 首先通過(guò)線型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)說(shuō)明重編程過(guò)程具有的局部特性。如圖1(a)所 示為一個(gè)典型的線型網(wǎng)絡(luò)，其中軟件更新由節(jié)點(diǎn)a發(fā)起向其它節(jié)點(diǎn)傳播，節(jié)點(diǎn)對(duì)（a, b)的 鏈路質(zhì)量PRR為0. 8,節(jié)點(diǎn)對(duì)（C，d)的PRR為0. 6。節(jié)點(diǎn)對(duì)（a, b)和（C，d)之間的軟件更 新速度由其各自的PRR決定，而節(jié)點(diǎn)對(duì)（C，d)之間PRR較低，即使軟件更新從節(jié)點(diǎn)a到C 較快，還是會(huì)被節(jié)點(diǎn)對(duì)（c，d)的PRR所拖延，因而估計(jì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量時(shí)該種局部特 性需要考慮。在圖1(b)的網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)0的局部區(qū)域節(jié)點(diǎn)對(duì)（0，1)，（0,6)和（0, 7) 的PRR分別為0. 7, 0. 9和0. 8,因而節(jié)點(diǎn)0的局部區(qū)域中的軟件更新會(huì)由鏈路質(zhì)量較差的 節(jié)點(diǎn)對(duì)化1)決定。另外，節(jié)點(diǎn)0的局部區(qū)域的軟件更新相對(duì)于節(jié)點(diǎn)4或者節(jié)點(diǎn)20的局 部節(jié)點(diǎn)對(duì)來(lái)說(shuō)，也是在估計(jì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量時(shí)需要考慮的局部特性。在圖1(b)中， 如果節(jié)點(diǎn)0的軟件更新能夠直接傳播到節(jié)點(diǎn)2, 8, 12, 13, 14時(shí)，該時(shí)節(jié)點(diǎn)0的局部節(jié)點(diǎn)對(duì) 的數(shù)量也相應(yīng)增加。我們W-般情況下的網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)作為示例，如圖1(b)所示，網(wǎng)絡(luò) 中有L個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)U，其周圍節(jié)點(diǎn)數(shù)量是N(U)，分別為ki，k2,. . .，kwM。節(jié) 點(diǎn)U周圍的節(jié)點(diǎn)對(duì)（u, kj)的鏈路質(zhì)量PRR為P (u, kj)，j [1，N(U) ]，P (u, kj) [0, 1]。據(jù)此， 節(jié)點(diǎn)U的周圍節(jié)點(diǎn)對(duì)的鏈路質(zhì)量可W估計(jì)為各節(jié)點(diǎn)對(duì)鏈路質(zhì)量的平均值，記為P(U),且

【權(quán)利要求】
1. 一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法，其特征在于：所述計(jì)算方法 是利用局部特性計(jì)算策略。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法，其特 征在于：所述傳感網(wǎng)是線型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)的任意組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方法， 其特征在于：所述網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量估計(jì)值為所有局部節(jié)點(diǎn)對(duì)鏈路質(zhì)量估計(jì)值的平均值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2和3所述的一種利用局部特性的傳感網(wǎng)鏈路質(zhì)量估計(jì)值計(jì)算方 法，其特征在于：在計(jì)算節(jié)點(diǎn)較大跳數(shù)情況下的周圍節(jié)點(diǎn)數(shù)時(shí)，需要判斷最外圍節(jié)點(diǎn)是否到 達(dá)網(wǎng)絡(luò)邊緣，還需要判斷是否添加約束條件，如刪除PRR低于某一閾值的節(jié)點(diǎn)對(duì)。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK104363139SQ201410673742
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】李士寧, 李君偉, 張羽, 李志剛, 楊哲 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)