[发明专利]利用信号强度的桥梁健康监测传感网的节点次序自动推导方法

说明书

本发明公开了一种利用信号强度的桥梁健康监测传感网的节点次序自动推导方法，包括以下步骤：(1)启动，汇聚节点发出启动指令到桥梁健康监测传感网网络中，节点次序自动推导方法启动；(2)数据收集，传感器节点在收到指令后自由广播报文，同时监听其他节点的信号，记录信号强度，将收集到的信号强度数据返回给汇聚节点；(3)数据整理，汇聚节点将收集到的信号强度数据根据发射节点和数据包的编号整理，剔除不完整数据；(4)自动排序，汇聚节点对每一组整理过的数据执行提出的排序算法，给出节点相对次序；(5)结束，当连续多次得到同样的相对次序时，汇聚节点输出排序结果，并发出终止指令到网络中，传感器节点停止广播报文和收集数据。

一、技术领域

本发明对布置在桥梁上的具有线性拓扑结构的传感器网络提出了一种实用的节点次序推导方法，它能够在不增加额外硬件、不影响网络正常工作、只需在节点端添加少量代码的情况下，自动推导出节点相对次序。本发明同样适用于布置在道路、直树等其他具有线性拓扑结构的传感器网络。

二、背景技术

使用传感器网络进行桥梁健康监测、路况监控、植树的生态数据采集等是传感网的典型应用，在这些场景下传感节点呈现一维布局，或是线性拓扑，我们称这类网络为“线性传感网”。在线性传感网中，节点的次序指的是节点在物理空间上的排序，例如，节点次序为2-1-3-4指的是，节点2和4位于网络的边缘，节点1位于节点2和3之间，节点3位于节点1和4之间。线性传感网中节点次序对节点的定位、地理位置信息路由、节点编号检错具有重要价值。以节点编号检错为例。当前市面上的传感器节点在出产时并没有类似MAC地址等的唯一标识，在应用中节点的编号信息全部由程序设置或由程序员手工输入，当节点个数较多或是系统运行中软件更新换代时，极易出现节点编号与原先设计不一致的情况。我们考虑如何在不影响系统正常工作、无需为节点添加额外硬件的前提下，自动推断出节点间的相对次序，从而能够以极低的开销检测出节点编号与设计不匹配的情况。研究的关键是如何在满足以上要求的前提下保证方法的正确率。

目前，未见推导节点次序的实用方法。

三、发明内容

本发明目的是：提出一种能够在布置于桥梁的线性传感网中快速找到节点相对次序的方法，能够以只更新少量节点程序的形式直接应用到已布置的线性传感网系统中，且具有开销低、正确率高的特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：利用信号强度的桥梁健康监测传感网的节点次序自动推导方法，包括以下步骤：

(1)启动，汇聚节点发出启动指令到桥梁健康监测传感网网络中，节点次序自动推导方法启动；

(2)数据收集，传感器节点在收到指令后自由广播报文，同时监听其他节点的信号，记录信号强度，将收集到的信号强度数据返回给汇聚节点；

(3)数据整理，汇聚节点将收集到的信号强度数据根据发射节点和数据包的编号整理，剔除不完整数据；

(4)自动排序，汇聚节点对每一组整理过的数据执行提出的排序算法，给出节点相对次序；

(5)结束，当连续多次得到同样的相对次序时，汇聚节点输出排序结果，并发出终止指令到网络中，传感器节点停止广播报文和收集数据。

进一步，步骤(2)中让每个节点纯分布式地广播数据，从而降低了系统的部署成本；

步骤(2)数据收集中，在传感器节点刚被布置到实际环境中，或是有新的节点加入，或是部分传感器节点由于损坏而被替换，或是软件在更新过程中改变节点的编号时，汇聚节点广播一个特殊的启动报文，该报文通过单跳或多跳的方式到达每个传感器节点；