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

背景技術：

在無線傳感器網(wǎng)絡應用中，設備的布放具有移動性和不確定性，網(wǎng)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(wǎng)絡運行過程中，需要知道網(wǎng)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(wǎng)絡環(huán)境，以及掌握某些特定設備在網(wǎng)絡中的情況。

申請?zhí)枮?01710047973.4的發(fā)明專利，傳感器網(wǎng)絡異常數(shù)據(jù)檢測方法與系統(tǒng)，公開了一種傳感器網(wǎng)絡異常數(shù)據(jù)檢測方法，該方法通過對無線傳感器網(wǎng)絡本身傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行時間和空間相關檢驗，用于判斷網(wǎng)絡中傳輸?shù)漠惓?shù)據(jù)，其是從業(yè)務層出發(fā)對業(yè)務數(shù)據(jù)本身進行檢測，而非網(wǎng)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(wǎng)絡數(shù)據(jù)監(jiān)測，通過以部分無線傳感器網(wǎng)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(xiàn)異常，其也是從業(yè)務層出發(fā)對監(jiān)測數(shù)據(jù)本身進行監(jiān)測。

技術實現(xiàn)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(wǎng)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(wǎng)絡環(huán)境，以及掌握某些特定設備在網(wǎng)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(wǎng)絡運行狀態(tài)監(jiān)測方法，所述網(wǎng)絡中包括四種無線節(jié)點，分別為：用于負責網(wǎng)絡管理與信息匯聚的根節(jié)點、具有路由和網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)通信，所述監(jiān)測節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡的布放現(xiàn)場不參與組網(wǎng)，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(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網(wǎng)絡拓撲或網(wǎng)絡狀態(tài)信息，分析網(wǎng)絡構建的合理性，為無線傳感器網(wǎng)絡的測試和規(guī)劃提供依據(jù)。

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(wǎng)絡級別、目的設備的網(wǎng)絡級別、源設備發(fā)射功率、源設備的子設備數(shù)量、數(shù)據(jù)包重復發(fā)送次數(shù)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(shù)據(jù)信息，則表明該頻點或頻段被當前的無線傳感器網(wǎng)絡使用；若無法解析出有用信息，則根據(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)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(shù)據(jù)，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(wǎng)絡狀態(tài)信息包括設備編號、網(wǎng)絡級別、設備發(fā)射功率、子設備數(shù)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(wǎng)絡布設區(qū)域不同地點的網(wǎng)絡拓撲連接情況，分析出各無線網(wǎng)絡節(jié)點的相互依存關系，分析網(wǎng)絡擁塞程度和網(wǎng)絡的有效覆蓋范圍。

所述無線節(jié)點能夠發(fā)現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)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(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網(wǎng)絡拓撲或網(wǎng)絡狀態(tài)信息，分析網(wǎng)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(wǎng)絡環(huán)境，以及掌握某些特定設備在網(wǎng)絡中的情況，有利于無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡布設組網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡運行狀態(tài)監(jiān)測方法，所述網(wǎng)絡中包括四種無線節(jié)點，分別為：用于負責網(wǎng)絡管理與信息匯聚的根節(jié)點、具有路由和網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)通信，所述監(jiān)測節(jié)點在無線傳感器網(wǎng)絡的布放現(xiàn)場不參與組網(wǎng)，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(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網(wǎng)絡拓撲或網(wǎng)絡狀態(tài)信息，分析網(wǎng)絡構建的合理性，為無線傳感器網(wǎng)絡的測試和規(guī)劃提供依據(jù)。

如圖1所示，在無線傳感器網(wǎng)絡中包含了多個具有不同功能的無線節(jié)點，包括：具有網(wǎng)絡管理與信息匯聚的根節(jié)點(中心基站1)；具有路由和網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)?；咀越M網(wǎng)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(wǎng)。端機選擇合適的中心基站或基站注冊組網(wǎng)。

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(wǎng)絡級別為1，中心基站的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡級別為3。

同時，在無線傳感器網(wǎng)絡布設現(xiàn)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(wǎng)絡運行狀態(tài)的方法。監(jiān)測節(jié)點5不參與組網(wǎng)，在無線傳感器網(wǎng)絡的布放現(xiàn)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(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送查詢信息，獲取當前網(wǎng)絡拓撲或網(wǎng)絡狀態(tài)信息，分析網(wǎng)絡構建的合理性，為無線傳感器網(wǎng)絡的測試和規(guī)劃提供依據(jù)。

無線傳感器網(wǎng)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(xiàn)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(shù)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(shù)據(jù)信息，表明頻點或頻段fn被當前的無線傳感器網(wǎng)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(wǎng)絡級別rsrc，目的設備的網(wǎng)絡級別rdst，源設備發(fā)射功率psrc，源設備的子設備數(shù)量ch，數(shù)據(jù)包重復發(fā)送次數(shù)dsnum以及監(jiān)測節(jié)點接收到的信號強度rssidata等。根據(jù)以上信息，判斷基站2_2的網(wǎng)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(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)包重復發(fā)送次數(shù)dsnum判斷通信鏈路質量，根據(jù)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(wǎng)絡布設現(xiàn)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(wǎng)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(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)包重復發(fā)送次數(shù)dsnum判斷通信鏈路質量，根據(jù)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(jù)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(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)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(wǎng)絡狀態(tài)信息，包括設備編號id，網(wǎng)絡級別r，設備發(fā)射功率psrc，子設備數(shù)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(shù)據(jù)，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。基站2_3對收到的查詢指令進行驗證后，回復自身的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，包括設備編號id，網(wǎng)絡級別r，設備發(fā)射功率psrc，子設備數(shù)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(wǎng)絡狀態(tài)信息，接收到該信息的信號強度為rssiack，并根據(jù)該信息判斷基站2_3的網(wǎng)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(jù)上述參數(shù)，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(wǎng)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(wǎng)絡布設區(qū)域不同地點的網(wǎng)絡拓撲連接情況，分析出各無線網(wǎng)絡節(jié)點的相互依存關系，分析網(wǎng)絡擁塞程度，網(wǎng)絡的有效覆蓋范圍等，并對無線傳感器網(wǎng)絡進行重新規(guī)劃。如圖3所示，根據(jù)監(jiān)測節(jié)點獲取的監(jiān)測信息，調整網(wǎng)絡部署，減小基站2_1周圍的設備數(shù)量，增加基站2_3周圍布設的設備數(shù)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。