基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统
专利汇可以提供基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了基于 正交 标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统，分为溯源信息标记和传输路径重构两个阶段：所述溯源信息标记阶段包括：为无线 传感器 网络中的所有传感器 节点 分配正交标识、选取用于携带溯源信息的载体协议、以及实现路由节点对数据包中溯源信息的 叠加 复用；所述传输路径重构阶段包括：读取数据包的溯源数据字段、提取参与转发当前数据包的传感器节点的标识及其转发顺序，并根据所得顺序还原数据包的传输路径。本发明将 无线传感器网络 中数据包的路由顺序信息融入基于正交叠加的溯源信息中，以有限的空间成本实现了无线传感器网络数据传输路径的精确溯源。，下面是基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统专利的具体信息内容。
1.基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法，其特征是，分为溯源信息标记和传输路径重构两个阶段：
所述溯源信息标记阶段包括三部分内容：(1.1)：给无线传感器网络中的所有传感器节点分配正交标识，(1.2)：选取用于携带溯源信息的载体协议；(1.3)：溯源信息的叠加：在数据包的传输过程中，各路由节点对数据包中的溯源信息进行叠加复用，读取该数据包的溯源数据字段与跳数字段，将所读取的字段值与自己的正交标识进行叠加计算，将运算结果写入数据包的溯源数据字段；
所述传输路径重构阶段包括：步骤(2.1)：读取数据包所携带的溯源信息；步骤(2.2)：
通过计算溯源数据与各节点标识序列的规格化内积，来分离当前数据包传输过程中各路由节点的标识信息和转发顺序：步骤(2.3)：根据所提取的节点标识和转发次序还原数据包的传输路径。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，
(1.1)：分配正交标识；
无线传感器网络中的任意一个传感器节点Noder均分配有一个唯一且与其他传感器节点互为正交的正交标识Vr＝(vr,1,vr,2,…,vr,n)，vr,k＝1或-1,k＝1,2,…,n,n表示正交标识的维数；r＝1,2,…,R；其中R表示传感器节点的个数；Noder表示第r个传感器节点；Vr表示第r个传感器节点的正交标识；vr,n表示第r个传感器节点的正交标识中的第n项。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，
(1.2)：确定载体协议；
选取溯源信息的载体协议，根据载体协议的语法规则，在数据包的首部或数据包间隔位置设置溯源数据字段，用于携带溯源信息。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，
(1.3)：溯源信息的叠加；
数据包的源发送节点，在发送数据之前，将自己的正交标识写入当前数据包的溯源数据字段。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，
所述传输路径重构阶段包括：步骤(2.1)读取溯源数据、步骤(2.2)提取路由节点及其转发次序和步骤(2.3)还原传输路径：
步骤(2.1)：读取溯源数据；
基站收到数据包后，读取当前数据包的溯源数据字段，该字段值记为叠加编码W；
步骤(2.2)：提取路由节点及其转发次序；
用基站所辖区域内各节点的正交标识分别与叠加编码W进行规格化内积计算，若所得内积值不为零，则此内积值即为该节点在当前数据包传输过程中的转发次序；若内积值为零，则表示该节点未参与当前数据包的转发；
步骤(2.3)：还原传输路径；
对内积值不为零的节点按照内积值的大小进行排序，根据所得次序还原出当前数据包的传输路径。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是，
所述(1.1)中：
所述正交是指任意两个不同的传感器节点Nodep和Nodeq的正交标识Vp＝(vp,1,vp,2,…,vp,n)与Vq＝(vq,1,vq,2,…,vq,n)相互正交，即：
所述传感器节点正交标识的生成，能够采用现有的正交向量生成方法；
无线传感器网络中每个基站都记录其所辖区域内各传感器节点的正交标识；
根据无线传感器网络的规模设定仅在同一个基站的所辖区域内各传感器节点的正交标识具有唯一性，或对无线传感器网络进行分区，设定一个区域内各传感器节点的正交标识具有唯一性。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述(1.2)中：
所述载体协议是指作用于传感器节点与基站之间、可携带溯源信息的WSN数据通信协议。
8.如权利要求1所述的方法，其特征是，
所述(1.3)中：
数据包在传输过程中，每经过一个路由节点，在转发数据包之前，当前路由节点执行以下操作：
(1.3.1)读取数据包的当前跳数k和数据包的溯源数据字段值Wk＝(wk,1,wk,2,…,wk,n)；
(1.3.2)将溯源数据字段值Wk与自己的正交标识V＝(v1,v2,…,vn)按公式1进行叠加运算；
Wk+1＝Wk+k·V (公式1)
其中：Wk+1＝(wk+1,1,wk+1,2,…,wk+1,n)；wk+1,i＝wk,i+k·vi,i＝1,2,…,n(1.3.3)运算后的叠加编码Wk+1写入数据包的溯源数据字段。
9.如权利要求5所述的方法，其特征是，
所述步骤(2.2)中：
设W＝(w1,w2,…,wn)为基站读取的叠加编码，Vt＝(vt,1,vt,2,…,vt,n)为基站所辖区域内任意节点Nodet的正交标识，则所述规格化内积计算公式如公式2；
其中，若内积值τ≠0，则τ即为节点Nodet在当前数据包传输中的转发次序；若τ＝0，则节点Nodet未参与当前数据包的转发。
10.基于正交标识的WSN数据传输路径溯源系统，其特征是，包括：溯源信息标记模块和传输路径重构模块，
所述溯源信息标记模块包括两部分：
正交标识分配单元：在基站或其他WSN管控站点中运行，其作用是：生成正交标识集，给WSN中各传感器节点分配正交标识；
溯源信息叠加单元：在各传感器节点中运行，其作用是：当需要发送数据包时，将当前节点的正交标识写入数据包的溯源数据字段；当需要转发数据包时，读取该数据包的溯源数据字段和跳数字段，将所读取的字段内容与当前节点的正交标识进行叠加运算，并将运算结果写入数据包的溯源数据字段中；
所述传输路径重构模块在基站中运行，作用是：当收到数据包时，读取该数据包的溯源数据字段内容，通过计算溯源数据与各节点标识序列的规格化内积，来分离当前数据包传输过程中各路由节点的标识信息和转发顺序，并根据所提取的节点标识和转发次序还原数据包的传输路径。
基于正交标识的WSN数据传输路径溯源方法及系统
技术领域
背景技术
采用这种方法的优点是不占用节点的存储空间，每个节点仅将自己的标识信息附加在数据包中既可，因而容易实施，但其缺点是：溯源数据量正比于路由节点的数量，造成数据包中溯源数据量无上限，而且数据包长度的不断增长还会导致大量的数据分片，使路由冲突增加，因而造成数据的通信成本上升和WSN整体通信效率的降低。不同于数据包标记方法，节点记录方法是将溯源信息存储到每个路由节点中，而数据包只需要记录少量标记信息，当需要进行路径溯源时，由基站向所需要的节点发去询问请求，根据节点返回的溯源信息来实现路径的重构。这种方法大大降低了数据包的长度，但其不足是将溯源数据的存储负担转嫁到中间路由节点，因而对节点的存储和计算资源占用较大，同时，基站与路由节点之间的通信开销也不容忽视。
发明内容
具体实施方式
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