[发明专利]无线传感器网络的定向诊断方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络的定向诊断方法和装置。 

背景技术

虽然目前有许多的研究工作使得无线传感器网络的连接性以及功能性都得到了改善，但是无线传感器网络中仍然存在节点失效，链路不稳定以及外界环境干扰等常见错误。无线传感器网络一旦部署以后，由于其自组织方式的特点，网络内部运行情况对管理员来说是透明的，这给网络相关的异常检测与定位造成了困难，因此设计有效的在线诊断工具来帮助网络管理员监控网络运行状态以及维护传感器系统运行是非常有意义的。 

现有的无线传感器网络中的诊断算法都包含了两个独立的部分：收集运行状态信息和网络异常原因推断。例如有人提出了一种主动式诊断技术，基站节点周期性从每个传感器节点收集运行状态信息然后利用决策树模型进行原因推断。还有人提出了一种利用外部能量测量工具来收集所有节点的能量信息，然后使用分类器来判断那些不响应节点的内部健康状况以及可能的原因。从以上可以看出，这些方法有一个共同的缺陷，他们的信息收集过程是静态的预定义过程，并没有利用任何运行中的信息。很明显，预定义的信息收集过程可能会造成两个不好的结果，过多的信息收集给网络带来了额外的通讯开销，过少的信息收集使得原因推断产生过多的错误判断。 

探测是一种在Internet以及企业网络中非常常用的获取网络内部状态的诊断方法。在许多不同的应用场景中许多不同的探测方法，但是他们大多数都需 要依赖于专家知识或是预先信息例如网络拓扑，而且他们也都假设网络在运行时是静态的。与Internet以及企业网络相比，无线传感器网络一些自身的特点：(1)传感器节点的计算资源及能量有限；(2)由于环境等外部因素干扰以及无线传输的不稳定性，网络拓扑动态变化。并且由于自组织的特点，关于拓扑的事先信息无法获得。如图1所示，左上角是GreenOrbs森林检测系统的物理部署结构图，另外三幅图是不同时刻的网络拓扑快照，可以看到不同时刻网络的连接状态是不同的；(3)由于传感器节点是非常易错的，同时失效的节点数目是难以事先预测的，但是在企业网络中常常假设最多同时出现的错误节点个数为一个事先定义的常数k，因此可以看出现有的一些Internet以及企业网络中的诊断算法并不能直接应用于无线传感器网络，因为没有事先的关于网络内部运行的信息以及网络运行过程中拓扑的动态变化。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种无线传感器网络的定向诊断方法和装置，信息收集的过程是在推理模型的指导下进行的，随着信息收集不断完善，推理模型也不断得到细化，从而提高推理的准确率。 

为达此目的，本发明采用以下技术方案： 

一种无线传感器网络的定向诊断方法，包括以下步骤： 

A、记录节点的转发包的节点信息，生成每个节点的转发列表和追踪列表； 

B、收集网络异常区域传感器节点的转发列表，建立局部拓扑； 

C、基于局部拓扑建立能够表现网络依赖关系的推理模型； 

D、根据推理模型进行增量探测，依据探测结果更新推理模型，直到获得诊断报告。

步骤A中记录的节点信息，包括 

前一跳的节点ID和转发包的数目，记录在转发列表中； 

转发包的源节点ID和所述源节点的序列号，记录在追踪列表中。 

步骤A中生成每个传感器节点的转发列表和追踪列表时进一步包括以下步骤： 

A1、传感器节点收到转发包，检查转发列表中是否存在前一跳节点ID的表项；若不存在，则增加所述前一跳节点ID的表项，并将转发包的数目设置为1；若存在，则将所述前一跳节点ID表项中的转发包数目增加1； 

A2、检查追踪列表中是否存在转发包的源节点ID的表项；若不存在，则建立所述源节点ID的表项，并将源节点的序列号设置为所述转发包的序列号；若存在，则比较所述源节点序列号与转发包序列号的大小，当转发包序列号大于源节点序列号时，将所述源节点序列号更新为所述转发包序列号，当转发包序列号小于源节点序列号时，不做任何操作。 

步骤B进一步包括以下步骤： 

B1、基站节点从追踪列表中取出被怀疑节点的表项，打包成一个探测包广播至网络；

B2、传感器节点接收到探测包后，检查追踪列表中是否包含探测包中被怀疑的源节点ID，若包含，则比较所述源节点ID在追踪列表中和在探测包中的序列号的大小，当探测包中的序列号大于追踪列表中的序列号时，所述传感器节点将转发列表发送给基站节点，并将探测包发送给邻居节点；