基于正交溯源的WSN异常节点发现方法及系统
专利汇可以提供基于正交溯源的WSN异常节点发现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 溯源的WSN异常 节点 发现方法及系统，包含数据溯源、传输拓扑发现和异常节点发现三个阶段。所述数据溯源阶段：数据包传输过程中，通过路由节点的正交标识与溯源数据的 叠加 复用实现溯源信息的标记，基站收到数据包后，通过规格化内积计算，从溯源数据中提取参与该数据包转发的各路由节点及其转发次序，并依此还原数据包的传输路径；所述传输拓扑发现阶段：利用数据溯源所得到的数据传输路径，来拟合WSN的传输拓扑和累计节点的活跃度权值；所述异常节点发现阶段：根据传输拓扑的连通性发现离散节点，根据传输拓扑中节点的活跃度来发现WSN的闲置节点和过载节点，通过监测节点的活跃度变化情况来发现失效节点。，下面是基于正交溯源的WSN异常节点发现方法及系统专利的具体信息内容。
1.基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，包括：数据溯源、传输拓扑发现和异常节点发现三个阶段；
所述数据溯源阶段：对基站收到的数据包进行追溯，还原出该数据包的实际传输路径，此阶段包含三部分内容：(1.1)：正交溯源配置：给无线传感器网络中所有传感器节点分配正交标识，以及确定溯源信息的载体协议；(1.2)：溯源信息标记：各传感器节点对数据包中的溯源数据字段内容进行叠加复用，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；(1.3)传输路径重构：基站通过将数据包的溯源数据字段内容与所辖区域内各个传感器节点的正交标识分别进行规格化内积计算，得到参与当前数据包传输的传感器节点标识及其转发顺序，据此还原出数据包的实际传输路径；
所述传输拓扑发现阶段：按照(1.3)所述方法对接收的数据包进行溯源，获得数据包的实际传输路径，根据所得到的传输路径来拟合无线传感器网络的传输拓扑，并累计传输路径中节点出现的频次，所述频次即为WSN传输拓扑中节点的活跃性度量；
所述异常节点发现阶段：根据传输拓扑发现阶段所得到的传输拓扑的连通性发现离散节点，根据节点的活跃度发现闲置节点和过载节点，通过监测节点的活跃度变化情况发现失效节点。
2.如权利要求1所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
所述(1.1)：正交溯源配置，包括以下两个子步骤：
步骤(1.1.1)：分配正交标识；
无线传感器网络中的每一个传感器节点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,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的第n项；
步骤(1.1.2)：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。
3.如权利要求2所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
所述步骤(1.1.1)：
所述互为正交是指任意两个传感器节点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：
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；
为减少正交标识的长度，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，设定在一个区域内各传感器节点的正交标识具有唯一性；
所述步骤(1.1.2)中：
所述载体协议是指作用于传感器节点与基站之间，能够携带溯源信息的WSN数据通信协议。
4.如权利要求1所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
所述(1.2)：标记溯源信息；
发送数据包的传感器节点，在发送数据之前，将自己的正交标识写入当前溯源数据字段；数据包在传输过程中，每经过一个路由节点，在转发数据之前，该路由节点执行以下步骤：
(1.2.1)读取数据包的当前跳数y和数据包的溯源数据字段值Wy＝(wy，1，wy，2，…，wy，n),n表示正交标识的维数；
(1.2.2)将溯源数据字段值Wy与自己的正交标识V＝(v1，v2，…，vn)按公式1进行叠加运算；
Wy+1＝Wy+y·V (公式1)
其中：Wy+1＝(wy+1，1，wy+1，2，…，wy+1，n)；wy+1,i＝wy，i+y·vi,i＝1,2,…,n(1.2.3)运算后的叠加编码Wy+1写入数据包的溯源数据字段。
5.如权利要求1所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
所述(1.3)：传输路径重构：
设W＝(w1,w2,…,wn)为基站所读取的溯源数据字段内容，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，n表示正交标识的维数，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。
6.如权利要求1所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
所述传输拓扑发现阶段，分为以下步骤：
步骤(2.1)：对基站的传输拓扑进行初始化；
设TP(B)为当前基站B所辖区域的传输拓扑，记TP(B)＝(NB,EB)，
其中，NB＝{n1,n2,…,nm}为基站B所辖区域传感器节点的集合，m为节点数量；
EB＝{
对任意nj∈NB，记x(nj)为节点nj的活跃度权值；
B
将基站B的传输拓扑TP(B)中链路集合E 初始化为空集，所辖区域各节点的活跃度权值初始化为零，即：对任意nj∈NB，x(nj)←0； 其中，“←”表示赋值；
步骤(2.2)：基站每收到一个数据包，均执行以下子步骤：
步骤(2.2.1)：对接收的数据包进行溯源；
步骤(2.2.2)：根据溯源结果对传输拓扑进行拟合；
步骤(2.3)：输出传输拓扑；
设置拓扑发现时间点，重复执行步骤(2.2)直到拓扑发现时间点，输出得到的传输拓扑(NB,EB)，并且，对任意nk∈NB，输出节点nk的活跃度权值x(nk)。
7.如权利要求5所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
步骤(2.2.1)：
设d为基站接收的当前数据包，通过数据溯源，得到该数据包在传输过程中所经过的实际传输路径P(d)＝{
步骤(2.2.2)：
将传输路径P(d)中所有链路边均加入链路集合EB，并累计各节点的活跃度权值；即：
EB←(EB∪{
并且，节点的活跃度权值：x(nd,u)←(x(nd,u)+1)，u＝1,2,…,t；
其中，x(nd,u)表示节点nd,u的活跃度权值。
8.如权利要求1所述的基于正交溯源的WSN异常节点发现方法，其特征是，
所述异常节点发现阶段：
设置传感器节点活跃度低临界阈值α、高临界阈值β，设置监测周期T、离散节点监测频度ω1、闲置节点监测频度ω2、过载节点监测频度ω3、失效节点监测频度ω4；
基站对所辖区域的所有传感器节点进行监测，在每个监测周期内，基站对所接收的各数据包按照传输拓扑发现阶段所述方法得到当前监测周期的传输拓扑，则：
在距离当前时间最近的连续ω1个监测周期内，若存在节点ng∈NB，ng与其他任何节点之间没有链路边，则节点ng为离散节点；
在距离当前时间最近的连续ω2个监测周期内，若存在节点ng∈NB，其活跃度权值x(ng)均小于α，则节点ng为闲置节点；
在距离当前时间最近的连续ω3个监测周期内，若存在节点ng∈NB，其活跃度权值x(ng)均大于β的节点，则节点ng为过载节点；
在距离当前时间最近的连续ω4个监测周期内，若存在时间点T′，在T′之前某节点ng∈NB的活跃度权值x(ng)均不为零，而在T′之后x(ng)不发生变化，则节点ng为失效节点。
9.基于正交溯源的WSN异常节点发现系统，其特征是，包括：数据溯源、传输拓扑发现和异常节点发现三个模块；
所述数据溯源模块：用于实现对数据包传输路径的溯源，还原数据包的实际传输路径；
所述传输拓扑发现模块：此模块在基站中运行，其作用是：根据所述数据溯源模块得到的数据包传输路径来拟合无线传感器网络的传输拓扑，并累计传输路径中各节点的活跃度权值，在设定的时间点输出传输拓扑；
异常节点发现模块：此模块在基站中运行，其作用是：设置拓扑监测周期和监测频度，对所述传输拓扑发现模块所得到连续时段的传输拓扑进行监测，根据传输拓扑的连通性发现离散节点，根据传输拓扑中节点的活跃度权值来发现WSN的闲置节点和过载节点，通过监测节点的活跃度变化情况来发现失效节点；
所述数据溯源模块由三部分组成：
正交标识分配单元：此单元在基站或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；
溯源信息标记单元：此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；
传输路径重构单元：此单元在基站中运行，其作用是：当收到数据包时，读取该数据包的溯源数据字段内容，通过将溯源数据与基站所辖区域内各个传感器节点的正交标识分别进行规格化内积计算，获得参与当前数据包转发的各路由节点标识及其转发次序，并依此还原数据包的传输路径。
基于正交溯源的WSN异常节点发现方法及系统
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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