專利名稱：：一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)視方法，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN，簡稱傳感器網(wǎng)絡(luò))是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器網(wǎng)絡(luò)存在大量的動態(tài)性的因素，諸如工作環(huán)境惡劣、干擾頻繁，節(jié)點(diǎn)由于成本限制而易出現(xiàn)故障或由于能量耗盡而失效，無線通信鏈路不穩(wěn)定，時(shí)通時(shí)斷，并進(jìn)一步引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖兊?。狀態(tài)的變化會對網(wǎng)絡(luò)性能有一定的影響，需要進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)視，以便了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)優(yōu)化調(diào)整。傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為監(jiān)視的一項(xiàng)重要內(nèi)容，反映了傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)成，對傳感謝器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)視具有很高的價(jià)值，利用構(gòu)造出來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以了解各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，在某一時(shí)刻鏈路的狀態(tài)信息等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)。傳感器網(wǎng)絡(luò)是資源受限的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)、運(yùn)算能力、存儲能力、無線通信帶寬等資源都是極度受限的，而且無線通信是節(jié)點(diǎn)能量消耗的主要環(huán)節(jié)。因而，傳感器網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)監(jiān)視，必需盡量降低監(jiān)視行為對網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，降低監(jiān)視行為對網(wǎng)絡(luò)自身狀態(tài)的影響，即滿足輕量級監(jiān)視的目標(biāo)。目前，針對的拓?fù)浔O(jiān)視主要有兩類手段一是每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送自己的父節(jié)點(diǎn)(即下一跳節(jié)點(diǎn))信息，匯聚節(jié)點(diǎn)綜合這些信息后，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。二是?jié)點(diǎn)傳輸逐跳的路徑信息，即每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)在中轉(zhuǎn)時(shí)加進(jìn)自己的路徑信息，匯聚節(jié)點(diǎn)從包中直接得知該數(shù)據(jù)包傳輸?shù)穆窂?。第一種傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)視方法的不足之處在于不能準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。由于節(jié)點(diǎn)間難以同時(shí)傳送這些信息，在傳輸過程中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡馨l(fā)生改變，這樣就造成了實(shí)際路徑與匯聚節(jié)點(diǎn)綜合各個(gè)節(jié)點(diǎn)所傳的父節(jié)點(diǎn)信息得到的路徑不一致。例如3號節(jié)點(diǎn)在某一時(shí)刻向匯聚節(jié)點(diǎn)報(bào)告5號為父節(jié)點(diǎn)，而5號則向匯聚節(jié)點(diǎn)報(bào)告6號為父節(jié)點(diǎn)，6號報(bào)告1號為父節(jié)點(diǎn)。這樣在匯聚節(jié)點(diǎn)綜合這三個(gè)信息得出網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為3->5->6->1。但在3號實(shí)際的發(fā)包過程中,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡馨l(fā)生改變，例如5號報(bào)告自己的父節(jié)點(diǎn)為6號后，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，4號成為了5號的父節(jié)點(diǎn)。這樣在匯聚節(jié)點(diǎn)得到的拓?fù)湫畔?->5->6->1與3號發(fā)包實(shí)際路徑3->5->4->1不一致。第二種傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)視方法的不足之處在于所傳數(shù)據(jù)量較大，占用了大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，影響了網(wǎng)絡(luò)性能。在第二種方法中每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)包時(shí)，都將自己的節(jié)點(diǎn)地址信息添加到包中，這樣雖然能保證真實(shí)的記錄下每個(gè)包所走的真實(shí)路徑，但由于節(jié)點(diǎn)地址信息較長，并且包的長度隨著中間節(jié)點(diǎn)的不斷增多而線性增加，假設(shè)節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)需要10跳，每跳中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)用2個(gè)字節(jié)表示，則共需要20個(gè)字節(jié)，顯然數(shù)據(jù)量是比較大的。這樣就造成了在傳感器網(wǎng)絡(luò)上的大量數(shù)據(jù)傳輸，影響了網(wǎng)絡(luò)性能。通常而言，為了更為準(zhǔn)確的監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，就需要傳輸更多的信息，這就勢必對傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源更多的消耗，也會影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身工作?，F(xiàn)有的方法尚無法解決這些矛盾的因素。因而需要解決在輕量級的資源開銷前提下，準(zhǔn)確地監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涞膯栴}。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視方法，其能夠降低網(wǎng)絡(luò)資源消耗，同時(shí)在不對網(wǎng)絡(luò)自身狀態(tài)影響的前提下，準(zhǔn)確監(jiān)視的拓?fù)錉顟B(tài)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視方法，其步驟為1)普通節(jié)點(diǎn)采用具有哈希效果的二元函數(shù)Y^/(;c,力對發(fā)送的傳輸路徑信息進(jìn)行編碼，得到一路徑編碼值Y;其中y初始值為/(0，0)，X為自身節(jié)點(diǎn)地址；2)普通節(jié)點(diǎn)周期性的向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身的二元組信息(Ni,/(0,0))，其中Ni為普通節(jié)點(diǎn)自身的源節(jié)點(diǎn)地址；3)如果普通節(jié)點(diǎn)接收到其它普通節(jié)點(diǎn)發(fā)出的二元組信息(N,，Y)，則對接收到的路徑編碼值Y采用步驟1)的方法進(jìn)行編碼，并將得到的路徑編碼值Y與接收到的源節(jié)點(diǎn)地址Nj組成二元組信息發(fā)送到到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)；4)匯聚節(jié)點(diǎn)將接收到的信息發(fā)送到中心服務(wù)器；5)中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息-中的路徑編碼值構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。所述普通節(jié)點(diǎn)采用單獨(dú)發(fā)包形式將所述二元組信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。所述普通節(jié)點(diǎn)通過將所述二元組信息添加到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包中并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。所述中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息中的路徑編碼值構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的方法為a)中心服務(wù)器采用步驟1)所選函數(shù)算出一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值，并在中心服務(wù)器端進(jìn)行記錄；b)中心服務(wù)器將接收到的路徑編碼值與記錄的一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值進(jìn)行比較，得到所有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息包，從這些包中提取節(jié)點(diǎn)地址并記錄，還原這些節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑；C)根據(jù)中心服務(wù)器記錄的所有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，中心服務(wù)器采用步驟l)所選函數(shù)算出所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值并進(jìn)行記錄；d)中心服務(wù)器將接收到的路徑編碼值與記錄的所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值進(jìn)行比較，得到所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息包，從這些包中提取節(jié)點(diǎn)地址并記錄，還原這些節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑；e)同理，中心服務(wù)器根據(jù)記錄的所有第M跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，計(jì)算出所有M+l跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值，然后將接收到的路徑編碼值與所有M+l跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值進(jìn)行比較，得到所有M+1跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息包，從這些包中提取節(jié)點(diǎn)地址并記錄，還原這些節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑，直至全網(wǎng)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑，其中M為自然數(shù)。f)中心服務(wù)器根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)還原后的路由路徑構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。所述方法中，采用循環(huán)校驗(yàn)碼函數(shù)Y^Crc(x,y)對發(fā)送的傳輸路徑信息進(jìn)行編碼。所述中心服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值和該節(jié)點(diǎn)對應(yīng)路由路徑建立拓?fù)湫畔⒈?。所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用收集樹協(xié)議進(jìn)行組建；普通節(jié)點(diǎn)通過收集樹協(xié)議向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述二元組信息。所述普通節(jié)點(diǎn)為telosb節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明的方法基于哈希(Hash)技術(shù)(參見FengjunShang;Aserialandnon-collisionhashalgorithm，Communications,CircuitsandSystems,2004.ICCCAS2004.2004InternationalConferenceon，Volume1,27-29June2004Page(s):591-595Vol.1)，將傳輸6路徑信息表示為特定的編碼形式，在中心服務(wù)器收到這些數(shù)據(jù)后，通過一定的信息分析和還原方法，獲得傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息。該方法中，根據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)視中完成功能的不同，將節(jié)點(diǎn)分為兩類普通節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)在傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔O(jiān)視中完成兩個(gè)功能，一個(gè)是周期性得發(fā)送自身信息，即源節(jié)點(diǎn)地址和路徑初始編碼值。另一個(gè)是在接收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息后，將傳輸路徑信息按照一定的形式進(jìn)行編碼，并按照一定原則尋找到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，將這些信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將接收到的各個(gè)包信息轉(zhuǎn)發(fā)到中心服務(wù)器。中心服務(wù)器是具有數(shù)據(jù)存儲和處理功能的終端，比如PC。中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息，經(jīng)過還原分析得出傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的組成如圖1所示。在向匯聚節(jié)點(diǎn)，發(fā)送路徑信息時(shí)，由于在中間節(jié)點(diǎn)對傳輸路徑進(jìn)行了編碼，數(shù)據(jù)量較小，可以采取兩種方式進(jìn)行傳輸，一種是單獨(dú)發(fā)包，即在發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包(比如光照，溫度等)的同時(shí)，節(jié)點(diǎn)還將路徑信息打成單獨(dú)的包發(fā)送出去。另外一種是將經(jīng)過編碼后的路徑信息掛靠在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的后面(即將經(jīng)過編碼后的路徑信息添加到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的后面)，隨著這些包進(jìn)行發(fā)送。Hash技術(shù)是采用某個(gè)Hash函數(shù)/^,w...),將需要Hash的任意長度的消息作為參數(shù)，通過計(jì)算得出某一固定長度的消息摘要的技術(shù)。在該方法中我們選取了一類二元函數(shù)Y=/Oc,力對路徑信息進(jìn)行編碼來達(dá)到對傳輸路徑Hash的效果，其中x為自身節(jié)點(diǎn)號，y為到該節(jié)點(diǎn)的路徑Hash值(即路徑編碼值)，中間節(jié)點(diǎn)利用該二元函數(shù)不斷的迭代求值最終實(shí)現(xiàn)Hash技術(shù)效果。例如從普通節(jié)點(diǎn)W,到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)(JV。)的路徑為^->]^2->^->^。，但由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，iV,在發(fā)送包時(shí)并不知道它所要走的完整路徑，只知道它的下一跳節(jié)點(diǎn)為7V2，因此不能利用Hash函數(shù)/^,乂z，…)，將路徑一次性求出Hash值/^，,乂,W3,W。)，為此我們選取了一類二元函數(shù)，Y=/Oc,力，每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)收到該包時(shí)都將自身節(jié)點(diǎn)地址作為參數(shù)x，將包中原有路徑的路徑編碼值作為參數(shù)y，進(jìn)行編碼求值TV./(0,0)(/(0,0)為路徑初始值)W2:肌,(O,O))W3:肌肌,/(0,0)))利用新得到的路徑編碼值替換掉包中原來的值，這樣就在匯聚節(jié)點(diǎn)得到了經(jīng)過二元函數(shù)對路徑不斷迭代的路徑編碼值:/(^,/(^2,/(0,0)))。在針對一個(gè)包的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視過程中，將產(chǎn)生該包的普通節(jié)點(diǎn)稱7為該包的源節(jié)點(diǎn)，將轉(zhuǎn)發(fā)該包的普通節(jié)點(diǎn)稱為中間節(jié)點(diǎn)。一次實(shí)際的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視過程如下源節(jié)點(diǎn)發(fā)送包時(shí)，路徑的初始編碼值為/(0,0)，這樣源節(jié)點(diǎn)發(fā)送的最終數(shù)據(jù)為由源節(jié)點(diǎn)號(即源節(jié)點(diǎn)地址)和/(0,0)組成的二元組(W。，/(0,0))，假設(shè)該節(jié)點(diǎn)號為W。，在中間節(jié)點(diǎn)收到該包后，按照上述規(guī)則將路徑信息進(jìn)行編碼/(#,,/(0,0))(假設(shè)該中間節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號為W,)，替換掉原來的編碼值/(0,0)，這樣M所發(fā)的包為O。，/(A^,/(0,0)))的一個(gè)二元組，第三個(gè)中間節(jié)點(diǎn)收到這個(gè)包時(shí)，繼續(xù)按照規(guī)則進(jìn)行編碼得到編碼值/(A^/(W,，/(0,0)))(假設(shè)第二個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號為^)，替換掉原來的/(M,/(0，0))，這樣第三個(gè)中間節(jié)點(diǎn)所發(fā)的包為二元組(W。，/(W,/(W,，/(0,0))))…如此進(jìn)行下去，直到匯聚節(jié)點(diǎn)的前一節(jié)點(diǎn)A^，由于匯聚節(jié)點(diǎn)是唯一的，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最終目的地都是這個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，因此匯聚節(jié)點(diǎn)收到信息時(shí)不做處理將信息傳送到中心服務(wù)器。假設(shè)匯聚節(jié)點(diǎn)的前一節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號為^，它所發(fā)的包為(W。，/(Wm,/(7V"/(^^/(.../(^/(Wp/^O)))))))，則匯聚節(jié)點(diǎn)不做處理，將其發(fā)送到中心服務(wù)器。在中心服務(wù)器端，首先根據(jù)相同的編碼函數(shù)/(x,y)算出一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑的編碼值/(0，0)，并在中心服務(wù)器端進(jìn)行記錄，如表l所示表l、具有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的編碼值表/(0,0)隨著系統(tǒng)的運(yùn)行,不斷收到各個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的包，中心服務(wù)器用上述值與各個(gè)包中的路徑編碼值進(jìn)行比較，找出所有包中路徑編碼值與/(o,o)值相同的包，從這些包中取出源節(jié)點(diǎn)號，這些節(jié)點(diǎn)便是通過一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)。將其添加到信息列表，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，用該方法便可得到所有通過一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，假設(shè)為M，w2，w3,w4，在中心服務(wù)器上記錄一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息列表(匯聚節(jié)點(diǎn)為W。)如表2所示表2、具有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔⒘斜?lt;table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>這的「便可以繪出節(jié)點(diǎn)一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。在中心服務(wù)器掌握所有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?，利用這些一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，在中心服務(wù)器上便可求出所有經(jīng)過這些節(jié)點(diǎn)兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑的編碼值/(乂，/(0，0))，/(W2,/(0,0))，/(W3,/(0,0)),/(W4,/(0,0))，中心服務(wù)器將這些值在信息列表中進(jìn)行記錄，如表3所示表3、尋找一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)路徑編碼值列表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由于M，7V2，M,是所有一跳到達(dá)匯到節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，因此這時(shí)候可繪出網(wǎng)絡(luò)中兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。在中心服務(wù)器掌握所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜?，利用這些兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，在中心服務(wù)器上便可求出所有經(jīng)過這些節(jié)點(diǎn)三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑的編碼值/(Ws，/(W,'/(0,0))),/(W6，/(W',/(0,0)))/(W7，/(W2,/(0,0)))，/(W8,/(7V2，/(0,0))),/(W9,/(W3,/(0,0)》，/W。，/(W4,/(0,0)))，中心服務(wù)器將這些值在拓?fù)湫畔⒘斜碇羞M(jìn)行記錄，如表5所示表5、尋找兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)路徑編碼值列表卿)W2->JV0w3->w0w4->w0肌/(0，0))7V5->TV,->7V0肌/(0，0))W7->jV2->jV。7V>W2->7V0肌/(0，0))肌y(o,o))肌肌/(o'o)))肌肌/(o'o)))肌肌,/(0,0》)/(w8,/(w2,/(o，o)))肌肌,(o，o)))肌,肌,/(0，0)》同理此后，中心服務(wù)器在不斷收到包時(shí)，反復(fù)用上述新加進(jìn)來的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒅蹬c各個(gè)包中二元組的路徑編碼值進(jìn)行比較，找出所有與這些值相同的包，從這些二元組中取源節(jié)點(diǎn)號，這些節(jié)點(diǎn)便是經(jīng)過^5,^,^7，7^，^9,^。其中之一三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，假設(shè)這些節(jié)點(diǎn)為W,7V12,7V13，W14,W15,7V,2各個(gè)包中的碼值的二元組分別為:("5，肌/(0,0))),d肌/(0，0))),(W7,/(7V2，/(0，0))),d肌/(0，0)))(#9,肌/(0,0))),(A^。,/(w4,/(0,0)))，BPA^,iV6通過W,號節(jié)點(diǎn)，^7,^8通過^2號節(jié)點(diǎn)，7^通過7^3號節(jié)點(diǎn)，M。通過&號節(jié)點(diǎn)，兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)，由于這是系統(tǒng)長時(shí)間所比較的結(jié)果，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兴薪?jīng)過^兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為W"^,所有經(jīng)過W到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為^,A^所有經(jīng)過號節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為W,，所有經(jīng)過&號節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為^。，在拓?fù)淞斜碇刑砹斜碇刑砑有碌玫降耐負(fù)湫畔?，其結(jié)果與表4相同由于^，W2，^，是所有一跳到達(dá)匯到節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，因此這時(shí)候可繪出網(wǎng)絡(luò)中兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3所示。在中心服務(wù)器掌握所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜螅眠@些兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，在中心服務(wù)器上便可求出所有經(jīng)過這些節(jié)點(diǎn)三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑的編碼值/(W5,/(W,'/(0，0))),/(w6,/(w,,/(o,o))),/(w7,/(w2，/(o,o))),/(w8，/(w2,/(o,o))),/(w9，/(w3,/(o,o)))，肌,，4，/(0,0)))中心服務(wù)器將這些值在拓?fù)湫畔⒘斜碇羞M(jìn)行記錄，如表6所示表6、尋找三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的編碼值列表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>同理此后，中心服務(wù)器在不斷收到包時(shí)，反復(fù)用上述新加進(jìn)來的無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒅蹬c各個(gè)包中二元組的路徑編碼值進(jìn)行比較，找出所有與這些值相同的包，從這些二元組中取源節(jié)點(diǎn)號，這些節(jié)點(diǎn)便是經(jīng)過W"^,W"W8,7v,，W,。其中之一三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，假設(shè)這些節(jié)點(diǎn)為W,W12，WI3,W14,7v,5，7v16，W17,W18,W19，W2。，W21,W22，7v23,W24,W25各個(gè)包中的碼值的二元組分別為(w,,,/(w5,/(M，/(0,0)))),(7vi2,/(7v5,/(tv,,/(0,0)))),(w13,/(w5,/(,/(0,0))))(Wl4,/(W6,/(W,,/(0,0)))),(W15，/(W6,/(W,,/(0,0)))),(W16,/(7v6,/(W,,/(0,0))))(#|7,/(^,/(^，/(0,0)))),(^8,/(^,/(^,/(0,0))))，(^9，/(7^7，/(^,/(0,0))))艮卩ww#通過#(W22,/(W9,,/(0,0)))),(W23,/(AT9,/(AT,，/(0,0))))(W24,/(^。,/(W,,/(0,0)))),(7v25，/(W,。,/(W,,/(0,0))))號節(jié)點(diǎn)，#|4，#|5,#|6通過^6號節(jié)點(diǎn)，^17,7^,#19通過^7號節(jié)點(diǎn)，^2。，#21通過#8號節(jié)點(diǎn)，W22,W23通過W9號節(jié)點(diǎn),W24,7v25通過7vle三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)，由于這是系統(tǒng)長時(shí)間所比較的結(jié)果，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲兴薪?jīng)過三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)就是這些節(jié)點(diǎn)，將這些值添加至網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒅?，如?所示表7、具有三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔⒘斜?lt;table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>因此這時(shí)候可繪出網(wǎng)絡(luò)中三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖4所示。如此進(jìn)行下去，至到繪出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涔?jié)構(gòu)，在中心服務(wù)器獲得完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑?，每次收到?jié)點(diǎn)所發(fā)的含有源節(jié)點(diǎn)號和路徑編碼值的包時(shí)，便可在中心服務(wù)器所存的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒅兄苯訓(xùn)苏遥业狡鋵?yīng)的實(shí)際路由路徑，這樣便可以實(shí)時(shí)監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本發(fā)明的積極效果為與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠有效降低監(jiān)視行為對網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，節(jié)約節(jié)點(diǎn)的能量和網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，從而可以提高節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)間，保證網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的穩(wěn)定性和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力。圖l、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2、節(jié)點(diǎn)一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；圖3、網(wǎng)絡(luò)中兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖4、網(wǎng)絡(luò)中三跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖5、2、3、4節(jié)點(diǎn)一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的初始網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖6、加入5、6、7三節(jié)點(diǎn)后構(gòu)成兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖7、加入8、9兩節(jié)點(diǎn)后構(gòu)成四跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖8、加入1020節(jié)點(diǎn)后構(gòu)成15跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式在實(shí)施中采用的硬件設(shè)備為1.節(jié)點(diǎn)釆用UCBerkeley大學(xué)所開發(fā)的telosb節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)處理器模塊是TI公司的超低功耗單片機(jī)MSP430F1611，無線通信模塊使用Chipcon公司的無線收發(fā)芯片CC2420。節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行操作系統(tǒng)為開源的嵌入式操作系統(tǒng)tinyos。2.中心服務(wù)器PC在實(shí)施中的節(jié)點(diǎn)軟件釆用nesC開發(fā)，編譯環(huán)境為cygwin，中心服務(wù)器軟件采用python開發(fā)，編譯環(huán)境為Pythonwin首先將節(jié)點(diǎn)程序煉制到由UCBerkeley大學(xué)所開發(fā)的telosb節(jié)點(diǎn)上，該節(jié)點(diǎn)處理器模塊是TI公司的超低功耗單片機(jī)MSP430F1611，無線通信模塊使用Chipcon公司的無線收發(fā)芯片CC2420。節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行操作系統(tǒng)為開源的嵌入式操作系統(tǒng)tinyos。在啟動這些節(jié)點(diǎn)后，各個(gè)節(jié)點(diǎn)通過收集樹協(xié)議(CTP)組成一個(gè)樹狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每個(gè)13節(jié)點(diǎn)用單獨(dú)發(fā)包的形式，周期性(周期為2秒)通過收集樹向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)包，中間節(jié)點(diǎn)收到需要轉(zhuǎn)發(fā)的包后利用循環(huán)校驗(yàn)碼函數(shù)Y=Crc(x,y)，(參見Ramabadran,T.V.;Gaitonde,S.S.;AtutorialonCRCcomputations;Micro,IEEE，Volume8,Issue4，Aug.1988Page(s):62-75DigitalObjectIdentifier10.1109/40.7773)將路徑進(jìn)行編碼，并獲得收集樹父節(jié)點(diǎn)信息，將包轉(zhuǎn)發(fā)到父節(jié)點(diǎn)直至發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)收到各個(gè)節(jié)點(diǎn)所發(fā)包，將信息發(fā)送到PC，由PC進(jìn)行記錄，還原路徑，構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹榱四軡u近的觀察該方法效果，首先將傳感器網(wǎng)絡(luò)部署為一跳網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)為1,2,3,4,其中1號為匯聚節(jié)點(diǎn)通過串口與中心服務(wù)器連接，2,3,4為普通節(jié)點(diǎn)。在中心服務(wù)器繪出了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖5所示。一個(gè)周期中2,3,4所發(fā)測試包所占用的帶寬為(源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)+初始crc編碼值:2個(gè)字節(jié))*3=12個(gè)字節(jié)用舊有的方法為源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)，輕量效果不明顯。將5,6,7,加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成2跳網(wǎng)絡(luò)，在中心服務(wù)器匯出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖6所示。這期間5,6,7所發(fā)測試包在傳輸中所占用的帶寬為(源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)+(^編碼值:2個(gè)字節(jié))*3+((源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)+crc編碼值2個(gè)字節(jié)))*3=24個(gè)字節(jié)用舊有的方法為源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)*3+(源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)+中間節(jié)點(diǎn)2個(gè)字節(jié))*3=18個(gè)字節(jié)，輕量效果不明顯。將8,9.加進(jìn)構(gòu)成4跳網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過2秒，在中心服務(wù)器匯出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖7所示。這期間9號所發(fā)測試包在傳輸中所占用的帶寬為(源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)+(^編碼值:2個(gè)字節(jié))*4=16個(gè)字節(jié)用舊有方法為2+2*2+2*3+2*4=20個(gè)字節(jié)，輕量效果較明顯。將10,11,12,13,14,15,16,17，18，19,20加進(jìn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成15跳網(wǎng)絡(luò),中心服務(wù)器繪出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖8所示。一個(gè)周期內(nèi)節(jié)點(diǎn)20所發(fā)測試包在傳輸中所占用的帶寬為(源節(jié)點(diǎn)號2個(gè)字節(jié)+0^編碼值:2個(gè)字節(jié))*15=70個(gè)字節(jié)舊有方法為2*(1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12+13+14+15)=240個(gè)字節(jié)，相比之下，本發(fā)明所占用帶寬減少了70.8%由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著跳數(shù)的不斷增加，該方法輕量級效果越為明顯，達(dá)到了在降低網(wǎng)絡(luò)資源消耗和對網(wǎng)絡(luò)自身狀態(tài)影響的前提下，準(zhǔn)確監(jiān)視的拓?fù)錉顟B(tài)的目的。權(quán)利要求1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視方法，其步驟為1)普通節(jié)點(diǎn)采用具有哈希效果的二元函數(shù)Y＝f(x，y)對發(fā)送的傳輸路徑信息進(jìn)行編碼，得到一路徑編碼值Y；其中y初始值為f(0，0)，x為自身節(jié)點(diǎn)地址；2)普通節(jié)點(diǎn)周期性的向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身的二元組信息(Ni，f(0，0))，其中Ni為普通節(jié)點(diǎn)自身的源節(jié)點(diǎn)地址；3)如果普通節(jié)點(diǎn)接收到其它普通節(jié)點(diǎn)發(fā)出的二元組信息(Ni，Y)，則對接收到的路徑編碼值Y采用步驟1)的方法進(jìn)行編碼，并將得到的路徑編碼值Y與接收到的源節(jié)點(diǎn)地址Ni組成二元組信息發(fā)送到到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)；4)匯聚節(jié)點(diǎn)將接收到的信息發(fā)送到中心服務(wù)器；5)中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息中的路徑編碼值構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述普通節(jié)點(diǎn)采用單獨(dú)發(fā)包形式將所述二元組信息發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述普通節(jié)點(diǎn)通過將所述二元組信息添加到業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包中并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)。4.如權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于所述中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息中的路徑編碼值構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D的方法為a)中心服務(wù)器采用步驟1)所選函數(shù)算出一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值，并在中心服務(wù)器端進(jìn)行記錄；b)中心服務(wù)器將接收到的路徑編碼值與記錄的一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值進(jìn)行比較，得到所有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息包，從這些包中提取節(jié)點(diǎn)地址并記錄，還原這些節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑；c)根據(jù)中心.服務(wù)器記錄的所有一跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，中心服務(wù)器采用步驟l)所選函數(shù)算出所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值并進(jìn)行記錄；d)中心服務(wù)器將接收到的路徑編碼值與記錄的所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值進(jìn)行比較，得到所有兩跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息包，從這些包中提取節(jié)點(diǎn)地址并記錄，還原這些節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑；e)同理，中心服務(wù)器根據(jù)記錄的所有第M跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)地址，計(jì)算出所有M+l跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值，然后將接收到的路徑編碼值與所有M+l跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值進(jìn)行比較，得到所有M+1跳到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的信息包，從這些包中提取節(jié)點(diǎn)地址并記錄，還原這些節(jié)點(diǎn)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑，直至全網(wǎng)到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由路徑，其中M為自然數(shù)。f)中心服務(wù)器根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)還原后的路由路徑構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于采用循環(huán)校驗(yàn)碼函數(shù)Y二Crc(x,y)對發(fā)送的傳輸路徑信息進(jìn)行編碼。6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述中心服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)的路徑編碼值和該節(jié)點(diǎn)對應(yīng)路由路徑建立拓?fù)湫畔⒈怼?.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用收集樹協(xié)議進(jìn)行組建；普通節(jié)點(diǎn)通過收集樹協(xié)議向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送所述二元組信息。8.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述普通節(jié)點(diǎn)為telosb節(jié)點(diǎn)。全文摘要本發(fā)明公開了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞妮p量級監(jiān)視方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測試領(lǐng)域。本發(fā)明方法為1)節(jié)點(diǎn)采用具有哈希效果的二元函數(shù)Y＝f(x，y)對發(fā)送的傳輸路徑信息進(jìn)行編碼，得到路徑編碼值Y；2)節(jié)點(diǎn)周期性的向匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身的二元組信息(N_i，f(0，0))；3)如果節(jié)點(diǎn)接收到其它節(jié)點(diǎn)發(fā)出的二元組信息(N_i，Y)，則對其路徑編碼值Y采用步驟1)的方法進(jìn)行編碼，并將得到的路徑編碼值Y與接收到的源節(jié)點(diǎn)地址N_i組成二元組信息發(fā)送到到達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)；4)匯聚節(jié)點(diǎn)將接收到的信息發(fā)送到中心服務(wù)器；5)中心服務(wù)器根據(jù)接收到的信息中的路徑編碼值構(gòu)造無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可提高節(jié)點(diǎn)工作時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力。文檔編號H04W24/00GK101489248SQ200910078779公開日2009年7月22日申請日期2009年3月3日優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日發(fā)明者燕劉,孫利民,徐志生,王廣柱,皇甫偉,堅(jiān)舒申請人:中國科學(xué)院軟件研究所