本發(fā)明涉及無線傳感器網絡技術領域，特別是涉及一種無線傳感器網絡運行狀態(tài)監(jiān)測方法。

背景技術：

在無線傳感器網絡應用中，設備的布放具有移動性和不確定性，網絡中各設備的布放位置不集中，散布在不同的物理環(huán)境空間。在布放時，或者網絡運行過程中，需要知道網絡當前的運行狀態(tài)以及拓撲結構，這可以通過后端運行的服務器和客戶端控制程序來獲取。但是在實際布放中，前端的實際布放地點離后臺服務器可能比較遠，不便于在布放時就獲取當前的網絡環(huán)境，以及掌握某些特定設備在網絡中的情況。

申請?zhí)枮?01710047973.4的發(fā)明專利，傳感器網絡異常數據檢測方法與系統，公開了一種傳感器網絡異常數據檢測方法，該方法通過對無線傳感器網絡本身傳輸的數據進行時間和空間相關檢驗，用于判斷網絡中傳輸的異常數據，其是從業(yè)務層出發(fā)對業(yè)務數據本身進行檢測，而非網絡自身的運行狀態(tài)。

申請?zhí)枮?01110003287.x的發(fā)明專利，無線傳感器網絡數據監(jiān)測，通過以部分無線傳感器網絡節(jié)點為中心，向一定距離范圍內的節(jié)點發(fā)送廣播信息，對本區(qū)域內的傳感器監(jiān)測信息進行判別，是否出現異常，其也是從業(yè)務層出發(fā)對監(jiān)測數據本身進行監(jiān)測。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種無線傳感器網絡運行狀態(tài)監(jiān)測方法，便于在布放設備時就能獲取當前的網絡環(huán)境，以及掌握某些特定設備在網絡中的情況。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種無線傳感器網絡運行狀態(tài)監(jiān)測方法，所述網絡中包括四種無線節(jié)點，分別為：用于負責網絡管理與信息匯聚的根節(jié)點、具有路由和網絡管理能力的復雜功能節(jié)點、普通功能節(jié)點和用于監(jiān)測網絡運行狀態(tài)的監(jiān)測節(jié)點，所述根節(jié)點、復雜功能節(jié)點和普通功能節(jié)點之間采用相同的無線通訊體制進行無線自組網通信，所述監(jiān)測節(jié)點在無線傳感器網絡的布放現場不參與組網，通過在各個頻點或頻段監(jiān)聽其他無線節(jié)點發(fā)送的無線通訊信息，并向無線傳感器網絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網絡拓撲或網絡狀態(tài)信息，分析網絡構建的合理性，為無線傳感器網絡的測試和規(guī)劃提供依據。

所述無線通訊信息包括源設備編號、目的設備編號、源設備的網絡級別、目的設備的網絡級別、源設備發(fā)射功率、源設備的子設備數量、數據包重復發(fā)送次數以及監(jiān)測節(jié)點接收到的信號強度。

所述監(jiān)測節(jié)點布放到固定的監(jiān)測位置后，將多個可用的通信頻點或頻段進行固定順序排序或者隨機排序，依次在各個頻點或頻段進行監(jiān)聽，每個頻點或頻段的監(jiān)聽時間為t；在t時間內，若能夠收到有效的數據信息，則表明該頻點或頻段被當前的無線傳感器網絡使用；若無法解析出有用信息，則根據預設的噪聲信號平均值門限、噪聲容忍門限值和噪聲容忍門限最大持續(xù)時間對當前位置噪聲信號強度進行評估。

所述監(jiān)測節(jié)點對當前位置噪聲信號強度進行評估具體包括以下子步驟：

(a)統計在t時間內的噪聲信號強度，并計算噪聲信號強度平均值；

(b)統計在t時間內噪聲信號強度大于噪聲容忍門限值的持續(xù)時間；

(c)若噪聲信號強度平均值小于預設的噪聲信號平均值門限，且噪聲信號強度大于噪聲容忍門限值的持續(xù)時間小于噪聲容忍門限最大持續(xù)時間，則判定該頻點或頻段屬于待評估頻點或頻段；否則判定為受干擾頻點或頻段。

當監(jiān)測節(jié)點判定頻點或頻段為待評估頻點或頻段后，主動在該頻點或頻段發(fā)送攜帶驗證特征信息的網絡查詢指令；若監(jiān)測節(jié)點收到在該頻點或頻段中保持靜默的基站或中心基站回復的自身節(jié)點相關的網絡狀態(tài)信息，則判定該頻點或頻段被有效占用；若監(jiān)測節(jié)點未收到有效數據，則判定該頻點或頻段在本位置區(qū)域為空閑狀態(tài)。

所述網絡狀態(tài)信息包括設備編號、網絡級別、設備發(fā)射功率、子設備數量、上行鏈路質量、下行鏈路質量以及收到監(jiān)測節(jié)點發(fā)來的信號強度。

所述監(jiān)測節(jié)點收集出無線傳感器網絡布設區(qū)域不同地點的網絡拓撲連接情況，分析出各無線網絡節(jié)點的相互依存關系，分析網絡擁塞程度和網絡的有效覆蓋范圍。

所述無線節(jié)點能夠發(fā)現可選通信頻段或頻點內的干擾噪聲或信號，并給出接收到的噪聲或信號強度。

各無線節(jié)點支持基于設備互相認證的查詢，只有通過認證的節(jié)點才能注冊、入網或相互訪問。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明通過監(jiān)測節(jié)點依次在各個頻點或頻段監(jiān)聽無線節(jié)點發(fā)送的無線通訊信息，并向無線傳感器網絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網絡拓撲或網絡狀態(tài)信息，分析網絡構建的合理性，本發(fā)明便于在布放設備時就能獲取當前的網絡環(huán)境，以及掌握某些特定設備在網絡中的情況，有利于無線傳感器網絡的測試與規(guī)劃。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施方式中的無線傳感器網絡布設組網示意圖；

圖2是本發(fā)明實施方式中利用監(jiān)測節(jié)點監(jiān)測網絡運行狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施方式中利用監(jiān)測信息重新規(guī)劃網絡布設示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實施方式涉及一種無線傳感器網絡運行狀態(tài)監(jiān)測方法，所述網絡中包括四種無線節(jié)點，分別為：用于負責網絡管理與信息匯聚的根節(jié)點、具有路由和網絡管理能力的復雜功能節(jié)點、普通功能節(jié)點和用于監(jiān)測網絡運行狀態(tài)的監(jiān)測節(jié)點，所述根節(jié)點、復雜功能節(jié)點和普通功能節(jié)點之間采用相同的無線通訊體制進行無線自組網通信，所述監(jiān)測節(jié)點在無線傳感器網絡的布放現場不參與組網，通過在各個頻點或頻段監(jiān)聽其他無線節(jié)點發(fā)送的無線通訊信息，并向無線傳感器網絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網絡拓撲或網絡狀態(tài)信息，分析網絡構建的合理性，為無線傳感器網絡的測試和規(guī)劃提供依據。

如圖1所示，在無線傳感器網絡中包含了多個具有不同功能的無線節(jié)點，包括：具有網絡管理與信息匯聚的根節(jié)點(中心基站1)；具有路由和網絡管理能力的復雜功能節(jié)點(基站2)，在圖1中分別是2_1，2_2和2_3；普通功能節(jié)點(端機3)。各無線節(jié)點支持基于設備互相認證的查詢，只有通過認證的節(jié)點才能注冊、入網或相互訪問。

中心基站1選擇合適的通信頻點或頻段f1后，允許基站和端機作為子設備注冊組網?；咀越M網后，也可選擇合適的通信頻點或頻段，允許其他基站和端機作為子設備注冊組網。端機選擇合適的中心基站或基站注冊組網。

圖1實例中，中心基站1選擇了基站2_1和2_3，以及一個端機作為自己的子設備，這些子設備的網絡級別為1，中心基站的網絡級別為0。

基站2_3選擇的通信頻段或頻點是f3，并掛載了1個端機作為子設備，該端機的網絡級別為2；基站2_1選擇的通信頻段或頻點是f2，并掛載了7個端機和1個基站2_2作為子設備，這7個端機和1個基站的的網絡級別為2。

基站2_2選擇的通信頻段或頻點是f0，并掛載了3個端機作為子設備，這3個端機的網絡級別為3。

同時，在無線傳感器網絡布設現場，可能存在干擾，在圖1中，干擾源4在頻點或頻段f4施放無線干擾信號。

如圖2所示，說明利用監(jiān)測節(jié)點監(jiān)測無線傳感器網絡運行狀態(tài)的方法。監(jiān)測節(jié)點5不參與組網，在無線傳感器網絡的布放現場，監(jiān)測節(jié)點5在各個頻點或頻段監(jiān)聽無線節(jié)點發(fā)送的無線通訊信息，并向無線傳感器網絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網絡拓撲或網絡狀態(tài)信息，分析網絡構建的合理性，為無線傳感器網絡的測試和規(guī)劃提供依據。

無線傳感器網絡中的中心基站1，基站2_1，2_2和2_3，端機3以及監(jiān)測節(jié)點5的通信頻段或頻點可調，能夠發(fā)現可選通信頻段或頻點內的干擾噪聲或信號，并給出接收到的噪聲或信號強度。

選擇固定的監(jiān)測位置后，監(jiān)測節(jié)點5將多個通信頻點或頻段f0，f1，f2……fn(n為可用的頻點或頻段數量)進行固定順序排序或者隨機排序，依次在上述頻點或頻段進行監(jiān)聽，每個頻點或頻段的監(jiān)聽時間為t。

在t時間內，對頻點或頻段fi(i＝0,1,2….n)監(jiān)聽，若能夠收到有效的數據信息，表明頻點或頻段fn被當前的無線傳感器網絡使用。

在圖2中，監(jiān)測節(jié)點5在基站2_2附近，在f0頻點或頻段監(jiān)聽到基站2_2和3個子設備以及上級設備基站2_1的通信信息，獲取到每次通信的源設備編號idsrc，目的設備編號iddst，源設備的網絡級別rsrc，目的設備的網絡級別rdst，源設備發(fā)射功率psrc，源設備的子設備數量ch，數據包重復發(fā)送次數dsnum以及監(jiān)測節(jié)點接收到的信號強度rssidata等。根據以上信息，判斷基站2_2的網絡級別為2，攜帶3個子設備均為端機，上級設備是基站2_1，根據并根據數據包重復發(fā)送次數dsnum判斷通信鏈路質量，根據源設備發(fā)射功率psrc與接收到的信號強度rssidata的差值(psrc-rssidata)，得到各發(fā)射源設備到監(jiān)測節(jié)點的無線鏈路損耗等網絡布設現場信息。

同理，監(jiān)測節(jié)點5在基站2_1附近監(jiān)聽，判斷基站2_1的網絡級別為1，攜帶的子設備包括1個基站2_2和7個端機，上級設備是中心基站1，根據并根據數據包重復發(fā)送次數dsnum判斷通信鏈路質量，根據源設備發(fā)射功率psrc與接收到的信號強度rssidata的差值(psrc-rssidata)得到各發(fā)射源設備到監(jiān)測節(jié)點的無線鏈路損耗。

在t時間內，對頻點或頻段fi(i＝0,1,2….n)監(jiān)聽，若無法解析出有用信息，則根據預設的噪聲信號平均值門限rssinoise_avr_lmt，噪聲容忍門限值rssinoise_acc_lmt，噪聲容忍門限最大持續(xù)時間tnoise_acc_lmt對當前位置噪聲信號強度進行評估，具體評估方法如下：

1)統計在t時間內的噪聲信號強度，并計算噪聲信號強度平均值rssinoise_avr；

2)統計在t時間內噪聲信號強度大于噪聲容忍門限值rssinoise_acc_lmt的持續(xù)時間tabove_noise_acc；

3)若rssinoise_avr＜rssinoise_avr_lmt，且tabove_noise_acc＜tnoise_acc_lmt，則判定該頻點或頻段fi屬于待評估頻點或頻段；否則判定為受干擾頻點或頻段。

例如在圖2中，監(jiān)測節(jié)點5在干擾源4附近，在頻點或頻段f4監(jiān)測到噪聲信號平均值大于平均值門限rssinoise_avr_lmt，或者，在t時間內噪聲信號大于噪聲容忍門限值rssinoise_acc_lmt的持續(xù)時間超過了噪聲容忍門限最大持續(xù)時間tnoise_acc_lmt，所以判斷在該區(qū)域頻點或頻段f4存在干擾。

當監(jiān)測節(jié)點判定頻點或頻段fi為待評估頻點或頻段fi后，主動在該頻點或頻段fi發(fā)送攜帶驗證特征信息的網絡查詢指令：

1)若在本頻點或頻段fi存在保持靜默的基站或中心基站，對監(jiān)測節(jié)點發(fā)送的信息進行驗證，驗證通過后，回復給監(jiān)測節(jié)點和本節(jié)點相關的網絡狀態(tài)信息，包括設備編號id，網絡級別r，設備發(fā)射功率psrc，子設備數量ch，上行鏈路質量quplink，下行鏈路質量qdwnlink以及收到監(jiān)測節(jié)點發(fā)來的信號強度rssisurvey等；監(jiān)測節(jié)點判定頻點或頻段fi被有效占用；

2)若監(jiān)測節(jié)點未收到有效數據，則判定本頻點或頻段fi在本位置區(qū)域為空閑狀態(tài)。

例如在圖2中，監(jiān)測節(jié)點5在基站2_3附近，在頻點或頻段f3監(jiān)測時，因為基站2_3處于靜默態(tài)，監(jiān)測節(jié)點5監(jiān)測到噪聲信號平均值小于平均值門限rssinoise_avr_lmt，并且在t時間內噪聲信號大于rssinoise_acc_lmt的持續(xù)時間tabove_noise_acc小于噪聲容忍門限最大持續(xù)時間tnoise_acc_lmt，所以監(jiān)測節(jié)點5判定頻點或頻段f3為待評估評點，于是監(jiān)測節(jié)點5在頻點或頻段f3以功率psurvey發(fā)送查詢指令?；?_3對收到的查詢指令進行驗證后，回復自身的網絡狀態(tài)信息，包括設備編號id，網絡級別r，設備發(fā)射功率psrc，子設備數量ch，上行鏈路質量quplink，下行鏈路質量qdwnlink以及收到監(jiān)測節(jié)點發(fā)來的信號強度rssisurvey等。監(jiān)測節(jié)點5收到基站2_3回復的網絡狀態(tài)信息，接收到該信息的信號強度為rssiack，并根據該信息判斷基站2_3的網絡級別為1，攜帶了1個端機子設備，上級設備是中心基站1；監(jiān)測節(jié)點根據上述參數，利用(psrc-rssiack)的差值和(psurvey-rssisurve)的差值，得到基站2_3到監(jiān)測節(jié)點的雙向無線鏈路損耗。

通過監(jiān)測節(jié)點5監(jiān)測出無線傳感器網絡布設區(qū)域的頻點或頻段的占用情況和受干擾情況；收集出無線傳感器網絡布設區(qū)域不同地點的網絡拓撲連接情況，分析出各無線網絡節(jié)點的相互依存關系，分析網絡擁塞程度，網絡的有效覆蓋范圍等，并對無線傳感器網絡進行重新規(guī)劃。如圖3所示，根據監(jiān)測節(jié)點獲取的監(jiān)測信息，調整網絡部署，減小基站2_1周圍的設備數量，增加基站2_3周圍布設的設備數量，同時劃定干擾區(qū)a的范圍，在該區(qū)域內頻點或頻段f4存在干擾。