[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

摘要

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。

主权项

1.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，其特征是包括以下步骤：（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；步骤(2)中让每个传感器节点纯分布式地广播数据；在数据收集中，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；每个传感器节点在收到此指令后，独立地、周期性地广播一种称为“短消息”的报文；短消息报文包含以下两个字段：发送者编号SenderID，消息序号MsgSeq；每个传感器发送编号是在将操作系统安装到传感器节点时为其设置的唯一代码，在TinyOS操作系统下为TOS_NODE_ID的值；消息序号为一个16比特长的无符号数字，从0开始计数，每次发送一个广播报文后均执行加1操作，溢出时重新从0开始计数，因此由同一个发送者发出的两个相邻短消息的序号相差1；因为只包含这两个字段，因此命名此类报文为“短”消息；步骤(3)数据整理中，汇聚节点持续不断地收到来自传感器节点的汇报数据，并实时执行数据整理操作；数据整理的任务是将“不合格”即不满足最强信号对应最短距离这个观测规律的数据剔除出去，并将数据组织成利于后续算法开展的格式；汇聚节点在本地维护两种缓存池，大小不一；较大的命名为临时缓存，较小的命名为样本缓存；临时缓存会存储所有的RSSI数据，当临时缓存溢出时，溢出的数据被输出到样本缓存中，当样本缓存同样被填满时，在经过检测后便输出最终合格的数据；临时缓存为每个信号发射节点SenderID维护一个缓存，缓存的每一个条目对应于SenderID的某一个短消息，即对应于某一个MsgSeq；步骤(4)自动排序，自动排序算法的依据是：从某个节点的某一侧来看，距其最近的节点观测到的RSSI最大；因此，测试一个节点是否能为端节点，若它是端节点，则从它的样本缓存中能够找到离它最近的节点，即RSSI最强的节点；将端节点删除后，刚找到的节点便成为剩余网络的新的端节点，以此类推；若此流程将所有节点均删除，则原先的待测试节点可能是端节点，而节点被删除的顺序便成为一个备选次序；此时，测试备选次序的最后一个节点能否是端节点，若答案是肯定的，并且两个得出的次序互为倒置，则得到一个正确的节点次序；当对所有的节点进行端节点测试后，若得到了0个或两个以上的正确次序，则定位失败；否则，若仅得到了一个正确的次序，则定位成功，输出此次序；由于传感器节点在收到终止指令前不断收集RSSI并汇报给汇聚节点，因此，汇聚节点的样本缓存不停被填满，从而引起算法3的执行，若连续多次算法3的输出均一致，则正确的次序已经找到；此时，由汇聚节点发出一个终止指令到传感网中，传感器节点停止收集和汇报数据；算法3指节点排序算法：输入：样本缓存S1, S2,S3,..., Sn ,其中，n为网络中的节点个数，Si表示发射节点i在样本缓存中的条目，Si的每一个元素均包括ObserverID和RSSI两项数据；输出：节点的次序A；若A≠null, 则节点次序为A[1],A[2], A[3], ..., A[n]；若A=null，则表示验证失败；步骤(4)中节点次序推导算法，它利用节点信号强度与距离的关系，通过对线性网络端节点的枚举而寻找到整个网络节点的次序。