專利名稱：一種無線傳感器網絡管理的方法、裝置以及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網絡管理領域，尤其涉及一種無線傳感器網絡管理的方法、裝置以及系統(tǒng)。
背景技術：
在Internet及企業(yè)網絡中，管理與診斷中心的分布問題曾引起許多研究人員的廣泛關注?；诓煌膽眯枨?，各類不同的分布選擇方案被提出，其中既有主動式也有被動式，例如覆蓋所有的連接或是感興趣的位置或是最小化探測開銷以及最優(yōu)化探測任務分配等。這些方法都不能直接應用于無線傳感器網絡，因為它們的一些重要前提在傳感器系統(tǒng)中不再成立，(I)絕大多數的方法需要假設與管理中心與節(jié)點之間存在k條獨立路徑，從而保證當k-Ι個節(jié)點都失效的時候，探測仍能成功判斷節(jié)點狀態(tài)。這個假設對于診斷的魯棒性是非常重要。但是，這個假設在無線傳感器網絡中過于嚴格了。顯而易見，k這個參數無法超過節(jié)點的最小度(minimal degree),但是在無線傳感器網絡中，許多靠近邊界的節(jié)點時連接性是非常低的，通常它們的度只有I或者2。這樣一來，這些度小于k的節(jié)點將使得需要在這個節(jié)點的鄰居范圍內部署一個管理中心或是無法產生最優(yōu)分布方案。而前一種情況可能會導致一個看起來不是十分合理的結果，那就是在傳感器網絡的邊界部署了許多管理中心。(2)這些方法常常假設網絡環(huán)境的路由是靜態(tài)，因為診斷中心可能無法準確檢測及定位之前發(fā)生的錯誤。但是連接狀態(tài)和路由拓撲在無線傳感器網絡中都是跟隨時間而動態(tài)變化的。(3)這些方法也都沒有考慮到探測包路徑上的通信交互質量問題。由于無線介質的不穩(wěn)定以及外部環(huán)境因素干擾等原因，與Internet及企業(yè)網絡相比，無線傳感器網絡中的鏈接傳輸成功率的變化是較快的。這個工作起因于一個目前部署運行的城市環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)一CitySee。該項目是一個部署在無錫市用于收集城市二氧化碳排放量、溫度、濕度、光照等科學數據的無線傳感器網絡系統(tǒng)，目前部署包含超過1000個節(jié)點。在該項目的實驗過程中，發(fā)現實際運行中網絡邊界節(jié)點的路徑長度都超過了 15跳，最長的達到了 18跳。這樣很容易導致從基站節(jié)點出發(fā)的分發(fā)包或是探測包發(fā)送失敗，而實際上目的節(jié)點并沒有失效。假設每一跳傳輸的丟包率為O. 1，那么經過18跳以后，丟包率將達到1-(1-0. 1)18=0.85。因此，現有無線傳感器網絡管理和診斷的大多數方法在大規(guī)模傳感器網絡中，都比較難以有效完成管理中心與節(jié)點之間的交互通信。目前無線傳感器網絡的已經得到了越來越廣泛的應用。尤其近幾年應用需求的規(guī)模越來越大，對于大規(guī)模傳感器網絡的部署成為一個趨勢。如=ExScal系統(tǒng)，它包含了 1000左右的傳感器節(jié)點以及200個骨干節(jié)點。不過雖然大規(guī)模傳感器網絡可以給人們帶來很多很好的應用，但是同樣也給帶來了許多挑戰(zhàn)，特別是在網絡管理與診斷方面?，F有的傳感器網絡管理基本上都使用了單個管理中心的方法。如果在大規(guī)模無線傳感器網絡中，單個管理中心都存在一些缺陷。首先，如果基站節(jié)點失效，那么所有傳感器節(jié)點都將處于無法管理的局面。其次，基站節(jié)點與處于網絡邊界的傳感器節(jié)點交互時，需要經過非常長的通信路徑。還有一點，過長的通信路徑會帶來較大的信息丟失從而使得網絡的整體性能降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提出一種無線傳感器網絡管理的方法、裝置以及系統(tǒng)，能夠提高傳感器網絡網絡管理的信息交換效率和成功率，全面提高網絡管理質量的問題。為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案本發(fā)明公開了一種無線傳感器網絡管理的方法，包括SI.抓取無線傳感器所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX信息并保存，形成靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息；S2.導入所有靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息，生成一個無向圖G(V，E)，其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接；S3.從所有的靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息選擇多個診斷中心；S4.分別從多個診斷中心尋找層次獨立路徑，發(fā)送探測包，通過所述的探測包的測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。在本發(fā)明所述的無線傳感器網絡管理的方法中，所述的層次獨立路徑是通過在所述的無向圖中劃分為多個層次圖，在每一層，在廣度上的深度是固定的，然后計算每一個層次圖的獨立路徑，并且產生封鎖節(jié)點列表，因為每個節(jié)點只能被訪問一次，直到已經不存在到診斷中心的路徑時，算法結束，從而尋找到的。在本發(fā)明所述的無線傳感器網絡管理的方法中，所述的傳感器的節(jié)點在部署后的物理位置是靜態(tài)的。本發(fā)明公開了一種無線傳感器網絡管理的裝置，包括信息抓取單元，用于抓取無線傳感器所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX (ExpectedTransmission Count,期待傳送值)信息并保存，形成靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息；無向圖生成單元，用于導入所有靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息，生成一個無向圖G(V, E),其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接；多個診斷中心選擇單元，用于從所有的靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息選擇多個診斷中心；獨立路徑尋找單元.用于分別從多個診斷中心尋找層次獨立路徑，發(fā)送探測包，通過所述的探測包的測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。在本發(fā)明所述的無線傳感器網絡管理的裝置中，所述的獨立路徑尋找單元包括層次圖分成子單元，用于在所述的無向圖中劃分為多個層次圖，在每一層，在廣度上的深度是固定的，然后計算每一個層次圖的獨立路徑，并且產生封鎖節(jié)點列表，因為每個節(jié)點只能被訪問一次，直到已經不存在到診斷中心的路徑時，尋找獨立路徑算法結束。在本發(fā)明所述的無線傳感器網絡管理的裝置中，所述的傳感器的節(jié)點在部署后的物理位置是靜態(tài)的。本發(fā)明公開了一種無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)，包括多個傳感器，信息接收終端，其中，多個傳感器將測試的信息傳送到信息接收終端，所述的無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)還包括連接于所述的傳感器與信息接收終端間的如上述的無線傳感器網絡管理的裝
在本發(fā)明所述的無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)中，所述的信息接收終端包括智能手機、電腦。在本發(fā)明所述的無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)中，所述的多無線傳感器網絡管理的裝置通過wifi或3G或gprs與所述的信息接收終端相通訊。區(qū)別于現有技術的無線傳感器網絡管理只有一個管理中心的技術，本技術方案中提供了基于大規(guī)模傳感器網絡的多中心的網絡管理方案，多個管理中心通過協(xié)作使得可管理節(jié)點的數目盡可能的多，提高了傳感器網絡網絡管理的信息交換效率和成功率，全面提高了網絡管理質量。


圖I是本發(fā)明無線傳感器網絡管理的方法的流程圖；圖2是本發(fā)明無線傳感器網絡管理的裝置方框圖；圖3是本發(fā)明無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)方框圖；圖4a是本發(fā)明無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)節(jié)點無向圖；圖4b是本發(fā)明無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)節(jié)點層次圖。
具體實施例方式下面結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明的技術方案。請參閱圖1，本發(fā)明的較佳實施例，一種無線傳感器網絡管理的方法，包括SI.抓取無線傳感器所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX信息并保存，形成靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息；S2.導入所有靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息，生成一個無向圖G(V，E)，其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接；S3.從所有的靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息選擇多個診斷中心；S4.分別從多個診斷中心尋找層次獨立路徑，發(fā)送探測包，通過所述的探測包的測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。其中，所述的層次獨立路徑是通過在所述的無向圖中劃分為多個層次圖，在每一層，在廣度上的深度是固定的，然后計算每一個層次圖的獨立路徑，并且產生封鎖節(jié)點列表，因為每個節(jié)點只能被訪問一次，直到已經不存在到診斷中心的路徑時，算法結束，從而尋找到的。所述的傳感器的節(jié)點在部署后的物理位置是靜態(tài)的。下文進行詳細說明實際上，網絡管理的性能是大大依賴于管理中心與節(jié)點之間的交互質量的。而單管理中心的方案經常無法滿足交互質量的要求。因此，我們提出了評價及提高管理中心與節(jié)點之間交互質量的方法。使用基于探測的診斷技術作為一個示例，提出了基于大規(guī)模傳感器網絡的多中心的網絡管理方案。首先，從實際部署系統(tǒng)抽象出不確定網絡模型，然后提出可能管理節(jié)點的概念，最后在不同的限制條件下，提供了最優(yōu)和啟發(fā)式算法來計算得出多管理中心的分布方案。其中，多個管理中心通過協(xié)作使得可管理節(jié)點的數目盡可能的多。
為解決以上挑戰(zhàn)，首先，定義可達性(reachability)來衡量管理中心與節(jié)點之間的交互通信的質量，其中同時包含了鏈路質量以及盡可能多的路徑數目。如果一個節(jié)點的可達性超過了閾值，那么稱其為可管理節(jié)點(manageablenode)。緊接著，引入了診斷質量的概念，診斷質量是所有可管理節(jié)點的數目與所有節(jié)點數目的比例。這個參數是作為一個衡量管理系統(tǒng)的健壯性的指標，同時也可以作為一個間接反映管理系統(tǒng)的開銷的一個指標。其次，從實際部署系統(tǒng)中抽象出不確定網絡模型及兩個實際問題，最后，同時提出了最優(yōu)和啟發(fā)式的算法來計算得出管理中心的分布。問題形式化根據實際系統(tǒng)的需求，首先給出一些問題的假設，然后描述了幾個核心概念的定義。最后兩個實際的問題被提出。I. I問題假設診斷中心的分布實際上與許多因素相關，例如路由類型，系統(tǒng)內部發(fā)生錯誤的種類等等。因此做出以下假設(I)網絡動態(tài)性。假設傳感器網絡是用于進行感知數據采取與獲取的，其中傳感器節(jié)點在部署后的物理位置是靜態(tài)的。每個節(jié)點周期性給將自己的感知數據通過多跳傳輸至基站節(jié)點。為簡化問題，假設節(jié)點之間的連接是對稱的。當診斷探測包從基站發(fā)送其他節(jié)點時采用源地址路由(source ixniting)。對網絡平時運行的路由協(xié)議則沒有限制。(2)錯誤類型。診斷中心的數量和位置都依賴于需要檢測與定位的錯誤類型。網絡相關的最典型錯誤是節(jié)點失效和連接失效。并且覆蓋所有節(jié)點失效和所有連接失效所需要診斷中心的數目是不一樣的。在本文中，集中處理節(jié)點失效。(3)診斷質量。與現有許多方法使用最多同時發(fā)生k個錯誤相比，定義診斷質量為可管理節(jié)點的數目與所有節(jié)點的數目的比例，以此來反映診斷中心的有效性。詳細定義見下一小節(jié)。(4)網絡拓撲。不假設任何拓撲限制。通過定義可達性來衡量交互通信的質量而不是獨立路徑的數目。因為獨立路徑數目的限制是無法運行在一些特殊拓撲的情況下，例如鏈式拓撲或是稀疏樹狀拓撲。(5)診斷中心初始化。與靜態(tài)診斷中心初始化相比，雖然動態(tài)診斷中心初始化可以帶來更大的靈活性。但是動態(tài)初始化在重新部署診斷中心會造成過大的消耗。因此，假設診斷中心的初始化為靜態(tài)。I. 2不確定網絡模型首先給出幾個概念的定義，然后給出研究的目標。假設無線傳感器網絡是一個無向圖G(V，E)，其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接，|v|、E分別表示節(jié)點數目和連接數目，連接e(x, y)表示節(jié)點x與節(jié)點y之間的連接，每條連接都有相應的ETX值。由此可以看出，僅需要所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX信息就可以構造整個圖。假設一條路徑從源節(jié)點s到目的節(jié)點t，中間節(jié)點為{VI，VI，…，Vn}，那么它可以表示為P (s，t)或P (S，VI，VI，一,Vr^t),其中兩個連續(xù)的點構成一個連接。并且假設路徑中不存在環(huán)路，也就是說不會存在一個點兩次出現在路徑中，路徑的長度就是連接的個數。如果兩條路徑中除了源節(jié)點和目的節(jié)點以外，不存在其他任何相同的節(jié)點，那么兩條路徑
6稱為頂點不相交路徑或獨立路徑。一個探測包是一個測試，其路徑是從診斷中心發(fā)出，目的地為某個節(jié)點。通過測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。給定診斷中心及診斷節(jié)點?？梢远x以下幾個概念。(I)定義 I:一個連接的 ETR (Expect Transmission Ratio)是兩個頂點 x 與 y 之間ETX的倒數ETR [Link (x, y) ] =1/ETX [Link (x, y) ] (I)(2)定義 2:—條路徑 P (V1, V1，…·，vn)的 ETR (Expect Transmission Ratio)
權利要求
1.一種無線傳感器網絡管理的方法，其特征在于，包括51.抓取無線傳感器所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX信息并保存，形成靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息；52.導入所有靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息，生成一個無向圖G(V，E)，其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接；53.從所有的靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息選擇多個診斷中心；54.分別從多個診斷中心尋找層次獨立路徑，發(fā)送探測包，通過所述的探測包的測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。
2.根據權利要求I所述的無線傳感器網絡管理的方法，其特征在于，所述的層次獨立路徑是通過在所述的無向圖中劃分為多個層次圖，在每一層，在廣度上的深度是固定的，然后計算每一個層次圖的獨立路徑，并且產生封鎖節(jié)點列表，因為每個節(jié)點只能被訪問一次，直到已經不存在到診斷中心的路徑時，算法結束，從而尋找到的。
3.根據權利要求I所述的無線傳感器網絡管理的方法，其特征在于，所述的傳感器的節(jié)點在部署后的物理位置是靜態(tài)的。
4.一種無線傳感器網絡管理的裝置，其特征在于，包括信息抓取單元，用于抓取無線傳感器所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX信息并保存，形成靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息；無向圖生成單元，用于導入所有靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息，生成一個無向圖G (V，E)，其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接；多個診斷中心選擇單元，用于從所有的靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息選擇多個診斷中心；獨立路徑尋找單元，用于分別從多個診斷中心尋找層次獨立路徑，發(fā)送探測包，通過所述的探測包的測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。
5.根據權利要求4所述的無線傳感器網絡管理的裝置，其特征在于，所述的獨立路徑尋找單元包括層次圖分成子單元，用于在所述的無向圖中劃分為多個層次圖，在每一層，在廣度上的深度是固定的，然后計算每一個層次圖的獨立路徑，并且產生封鎖節(jié)點列表，因為每個節(jié)點只能被訪問一次，直到已經不存在到診斷中心的路徑時，尋找獨立路徑算法結束。
6.根據權利要求4所述的無線傳感器網絡管理的裝置，其特征在于，所述的傳感器的節(jié)點在部署后的物理位置是靜態(tài)的。
7.一種無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)，包括多個傳感器，信息接收終端，其中，多個傳感器將測試的信息傳送到信息接收終端，其特征在于，所述的無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)還包括連接于所述的傳感器與信息接收終端間的如權利要求4至6任一項所述的無線傳感器網絡管理的裝置.
8.根據權利要求7所述的無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)，其特征在于，所述的信息接收終立而包括智能手機、電腦。
9.根據權利要求8所述的無線傳感器網絡管理的系統(tǒng)，其特征在于，所述的多無線傳感器網絡管理的裝置通過wifi或3G或gprs與所述的信息接收終端相通訊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感器網絡管理的方法，包括S1.抓取無線傳感器所有節(jié)點的鄰居信息及其ETX信息并保存,形成靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息;S2.導入所有靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息,生成一個無向圖G(V,E),其中V表示傳感器節(jié)點，E表示兩個傳感器之間的連接;S3.從所有的靜態(tài)的傳感器節(jié)點信息選擇多個診斷中心;S4.分別從多個診斷中心尋找層次獨立路徑，發(fā)送探測包,通過所述的探測包的測試的回執(zhí)來表明路徑或目的地節(jié)點相關的信息。本發(fā)明還公開了一種無線傳感器網絡管理的裝置和系統(tǒng)。本發(fā)明的一種無線傳感器網絡管理的方法,裝置以及系統(tǒng)提高傳感器網絡網絡管理的信息交換效率和成功率。
文檔編號H04W84/18GK102938918SQ20121042630
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權日2012年10月19日
發(fā)明者劉云浩, 龔偉, 劉克彬 申請人:無錫賽睿科技有限公司