CN102571292B - 通信维护方案匹配方法、链路监控器及无线传感器网络 - Google Patents
通信维护方案匹配方法、链路监控器及无线传感器网络 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种通信维护方案匹配方法、链路监控器和无线传感器网络。一种通信维护方案匹配方法，检测单跳通信链路的通信质量；对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率；将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案。与现有技术相比，本申请可以实时检测分析单跳通信链路的通信质量，为单跳通信链路中的各个通信阶段匹配自身对应的最优通信维护方案，从而提高了通信资源的利用率，可以实时满足通信过程的时间特性和空间特性，进一步提高了可靠性，满足了高可靠性要求。
Description
技术领域
本申请涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种通信维护方案匹配方法、链路监控器及无线传感器网络。
背景技术
随着物联网技术的深入发展，无线传感器网络已经广泛应用于工业控制和军事侦察等各个领域。其中，无线传感器网络以电磁波为载体在空间中进行信息传递，其无需布线，大大降低了网络的使用成本。
但是，无线传感网络在以电磁波为载体传递信息时，很容易受到外界干扰。例如随着蓝牙以及WIFI(wireless fidelity，无线保真)技术的日渐普及，2.4G频段的使用频率越来越高，对于采用IEEE802.15.4作为主流通信协议的无线传感器网络来说，发生同频干扰的概率越来越大。因此，在很多通信协议中引入了CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Accesswith Collision Detection，带有冲突避免的载波侦听多路访问)技术、分时调度技术和跳频等技术。
虽然，上述CSMA/CA技术、分时调度技术和跳频等技术可以避免同频干扰发生的概率，在一定的程度上提高了无线传感器网络的可靠性。但是，在提高无线传感器网络可靠性的同时，降低了通信资源的利用率。同时上述技术无法实时满足通信过程的时间特性和空间特性，使得采用以上技术无线传感器网络无法满足高可靠性要求。
发明内容
本申请所要解决的技术问题是提供一种通信维护方案匹配方法，用于解决现有无线传感器网络中通信资源利用率低，无法实时满足通信过程的时间特性和空间特性，从而无法满足高可靠性要求的问题。
本申请还提供了一种链路监控器和无线传感器网络，用以保证上述方法在实际中的实现及应用。
为了解决上述问题，本申请提供了一种通信维护方案匹配方法，应用于无线传感器网络，在数据链路层上为每个无线设备增设一链路监控器，所述链路监控器作为数据链路层和网络层的接口，将所述无线设备之间的单跳通信链路的通信过程划分为源阶段、传输阶段和阱阶段三个通信阶段，所述方法包括：
检测单跳通信链路的通信质量；
对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率；
将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案。
优选地，所述对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率包括：
对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率；
依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率；
将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述单跳通信链路的丢包率。
优选地，所述依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案包括：
在所述对比结果为丢包率小于等于所述预设丢包阈值的情况下，继续维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
在所述对比结果为丢包率大于所述预设丢包阈值的情况下，从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
优选地，所述从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案包括：
获取更新周期内的各个通信阶段的丢包率；
从所述更新周期内各个通信阶段的丢包率中选取丢包率之和小于等于所述预设丢包阈值的单跳通信链路，将该单跳通信链路作为待匹配单跳通信链路；
从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
优选地，将所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率分别作为自身阶段的必选指标值；
所述从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案包括：
将更新周期内所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段的必选指标值分别按照丢包率降序值进行排序；
对于单跳通信链路中的任一通信阶段，获取按照丢包率降序值进行排序的第一个所述必选指标值，判断所述必选指标值；
在必选指标值为空的情况下，维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案，将该通信维护方案作为最优通信维护方案；
在必选指标值以及必选指标值对应的通信维护方案都非空的情况下，若必选指标值对应的通信维护方案与之前选择的通信维护方案不一致且必选指标值对应的一个通信维护方案时，将该通信维护方案作为最优通信维护方案，若不一致且必选指标值对应多个通信维护方案时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案，若必选指标值对应的通信维护方案与之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案一致时则获取下一个必选指标值，执行判断所述必选指标值步骤；
在所述必选指标值非空，且该必选指标值对应的通信维护方案为空的情况下，向网络管理者发送网络警告信息，将所述网络警告信息作为最优通信维护方案。
优选地，对于所述待匹配单跳通信链路中的源阶段，判断必选指标值中的冲突发生率是否超过冲突发生阈值还是发送失败率是否超过发送失败阈值，在所述冲突发生率超过所述冲突发生阈值时，将更换通信时间或更换单跳通信链路作为最优通信维护方案，在所述发送失败率超过所述发送失败阈值时，向网络管理者发送设备警告信息，将所述设备警告信息作为最优通信维护方案；在所述冲突发生率超过所述冲突发生阈值，且所述发送失败率超过所述发送失败阈值时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案；
对于所述待匹配单跳通信链路中的传输阶段，将更换通信时间或更换单跳通信链路作为最优通信维护方案；
对于所述待匹配单跳通信链路中的阱阶段，将设备警告信息作为最优通信维护方案。
优选地，在单跳通信链路的通信周期达到所述更新周期的情况下，将之前获取的各个通信阶段的必选指标值清零。
本申请还提供一种链路监控器，应用于无线传感器网络，所述链路监控器设置在数据链路层上的每个无线设备内，所述无线设备之间的单跳通信链路的通信过程划分为源阶段、传输阶段和阱阶段三个通信阶段，所述链路监控器包括：
检测模块，用于检测单跳通信链路的通信质量；
分析获取模块，用于对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率；
对比匹配模块，用于将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案。
优选地，所述分析获取模块包括：
各阶段值获取子模块，用于对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率；
各阶段丢包率获取子模块，用于依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率；
链路丢包率获取子模块，用于将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述通信链路的丢包率。
优选地，所述对比匹配模块包括：
维护子模块，用于在所述对比结果为丢包率小于等于所述预设丢包阈值的情况下，继续维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
选择子模块，用于在所述对比结果为丢包率大于所述预设丢包阈值的情况下，从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
优选地，所述选择子模块包括：
丢包率获取单元，用于获取更新周期内的各个通信阶段的丢包率；
链路获取单元，用于从所述更新周期内各个通信阶段的丢包率中选取丢包率之和小于等于所述预设丢包阈值的单跳通信链路，将该单跳通信链路作为待匹配单跳通信链路；
选取单元，用于从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护。
优选地，将所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率分别作为自身阶段的必选指标值；
所述选取单元包括：
排序子单元，用于将更新周期内所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段的必选指标值分别按照丢包率降序值进行排序；
判断子单元，用于对于单跳通信链路中的任一通信阶段，获取按照丢包率降序值进行排序的第一个所述必选指标值，判断所述必选指标值；
匹配子单元，用于在必选指标值为空的情况下，维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案，将该通信维护方案作为最优通信维护方案；在必选指标值以及必选指标值对应的通信维护方案都非空的情况下，若必选指标值对应的通信维护方案与之前选择的通信维护方案不一致且必选指标值对应的一个通信维护方案时，将该通信维护方案作为最优通信维护方案，若不一致且必选指标值对应多个通信维护方案时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案，若必选指标值对应的通信维护方案与之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案一致时则获取下一个必选指标值，则触发所述判断子单元；在所述必选指标值非空，且该必选指标值对应的通信维护方案为空的情况下，向网络管理者发送网络警告信息，将所述网络警告信息作为最优通信维护方案。
优选地，还包括：
清零器，用于在单跳通信链路的通信周期达到所述更新周期的情况下，将之前获取的各个通信阶段的必选指标值清零。
本申请再提供一种无线传感器网络，包括多个无线设备，在数据链路层上为每个所述无线设备增设一个上述链路监控器。
与现有技术相比，本申请包括以下优点：
在本申请中，对单跳通信链路的通信质量进行检测和统计分析，以获取所述单跳通信链路的丢包率。再将丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为各个通信阶段匹配自身对应的最优通信维护方案。与现有技术相比，本申请可以实时检测分析单跳通信链路的通信质量，为单跳通信链路中的各个通信阶段匹配自身对应的最优通信维护方案，从而提高了通信资源的利用率，可以实时满足通信过程的时间特性和空间特性，进一步提高了可靠性，满足了高可靠性要求。
当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请的通信维护方案匹配方法的一种流程图；
图2是本申请中单跳通信链路的划分示意图；
图3是图1中步骤102的流程图；
图4是本申请的通信维护方案匹配方法的另一种流程图；
图5是图4中步骤409的流程图；
图6是本申请的通信维护方案匹配系统的结构示意图；
图7是图6中分析获取模块的结构示意图；
图8是图6中对比匹配模块的结构示意图；
图9是图8中选择子模块的结构示意图；
图10是图9中选取单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，其示出了本申请一种通信维护方案匹配方法的流程图。该方法应用于无线传感器网络，在数据链路层上为每个无线设备增设一链路监控器，链路监控器作为数据链路层和网络层的接口。
无线设备之间的单跳通信链路的通信过程划分为源阶段、传输阶段和阱阶段三个通信阶段。单跳通信链路的通信过程划分请参阅图2所示。由于通信环境的时间特性和空间特性以及干扰源的多样性，使得无线传感器网络内的各单跳通信链路的通信质量随时间和空间变化具有不同的变化特性，所以立足于无线传感器网络的单跳通信链路上的通信过程，将通信过程进行划分可以实时维护各个通信阶段的优良通信环境，以提高无线传感器网络的通信质量，提高可靠性。
其中，单跳通信链路是指无线传感器网络中相邻两个无线设备之间的通信链路。源阶段是单跳通信链路的通信过程中用于描述无线报文经发送报文的无线设备的数据链路层的调度并最终以电磁波的形式扩散到空间中的过程。传输阶段是单跳通信链路的通信过程中用于描述无线报文以电磁波的形式在空间传输至接收报文的无线设备的过程。阱阶段是单跳通信链路的通信过程中用于描述接收报文的无线设备从物理层接收无线报文并传输至数据链路层的过程。
在本实施例，图1所示的通信维护方案匹配方法可以包括以下步骤：
步骤101：检测单跳通信链路的通信质量。
其中，通信质量用于衡量无线设备之间相互通信的通信链路的可靠性。在IEEE802.15.4的通信平台上，可以用以下三种指标来评估单跳通信链路的通信质量，分别为：报文接收率、链路质量指标和收包信号强度指标。其中报文接收率(Packet Reception Rates，PRR)是指预设时间内接收设备成功收到报文的个数与发送设备已发送保报文个数的比值。链路质量指标(Link Quality Indication，LQI)是指接收设备和发送设备中的射频芯片的码片差错率，该值越大表示通信质量越高。收包信号强度指标(Received Signal Strength Indication，RSSI)反映了单跳通信链路上的信噪比以及当前通信信道的能量值。
步骤102：对通信质量进行统计分析，获取单跳通信链路的丢包率。
单跳通信链路的丢包率可以直接通过对通信质量的统计分析获取，也可以通过其他中间参数获取。在本实施例中，优选采用通过其他中间参数获取单跳通信链路的丢包率。其具体实施过程可以参阅图3，可以包括以下步骤：
步骤1021：对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率。
其中，冲突发生率是指由于检测到冲突发生而没有成功发送报文的次数与总发送报文次数之间的比值。发送失败率是指无线报文发送过程中通过了冲突检测但未能成功发送报文的次数与总发送次数的比值。传输失败率是指没有被无线设备成功接收的报文数与被无线设备正确发出的报文总数的比值。误码率是指被无线设备成功接收的报文但未通过误码检测的报文数与被无线设备发出的报文总数的比值。接收失败率是指无线报文接收过程中由于无线设备导致报文丢失的次数与总发送次数的比值。
上述冲突发生率、发送失败率、传输失败率、误码率和接收失败率可以从报文序列号中获取。例如发送设备发送某一报文的次数为N次，接收设备接收到该报文的次数为M次，则接收设备未成功接收的报文次数为N-M次，传输失败率则为(N-M)/N。
步骤1022：依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率。
源阶段的丢包率为冲突发生率和发送失败率的并集。传输阶段的丢包率为传输失败率和误码率的并集。阱阶段的接收失败率为阱阶段的丢包率。
步骤1023：将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述单跳通信链路的丢包率。
步骤103：将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案。
在本实施例中，根据无线传感器网络的高可靠性要求，设置各端到端通信可靠性指标PLRset及可靠性缓冲区长α，其中PLRset用于描述系统高可靠性要求，α≥0。预设丢包阈值为PLRset*(1-α)。其中，无线传感器网络的高可靠性要求可以为通信双方设定，也可以由工程人员按照无线传感器网络的实际应用场景设定。
同样，单跳通信链路中各个通信阶段各自对应的最优通信维护方案也是预先由通信双方或者工程人员按照无线传感器网络的实际应用场景预先确定。在丢包率和预设丢包阈值比对结果不同时，各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案的过程也可以不同。本实施例中，在对比结果为丢包率小于等于预设丢包阈值的情况下，继续维持之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；在对比结果为丢包率大于预设丢包阈值的情况下，从预设方案表中选择单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
应用上述技术方案，对单跳通信链路的通信质量进行检测和统计分析，以获取所述单跳通信链路的丢包率。再将丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为各个通信阶段匹配自身对应的最优通信维护方案。与现有技术相比，本申请可以实时检测分析单跳通信链路的通信质量，为单跳通信链路中的各个通信阶段匹配自身对应的最优通信维护方案，从而提高了通信资源的利用率，可以实时满足通信过程的时间特性和空间特性，进一步提高了可靠性，满足了高可靠性要求。
请参考图4，其示出了本申请一种通信维护方案匹配方法的另一种流程图，本实施例可以理解为将本申请的通信维护方案匹配方法应用于实际中的一个具体例子，可以包括以下步骤：
步骤401：检测单跳通信链路的通信质量。
步骤402：对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率。
步骤403：依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率。
步骤404：将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述单跳通信链路的丢包率。
在本实施例中，步骤401与上一实施例中步骤101相同，步骤402至404的具体实现过程与上一实施例中步骤1021至1023相同，对此不再加以阐述。
步骤405：判断丢包率是否小于等于预设丢包阈值，如果是，执行步骤406，如果否，执行步骤407。
步骤406：继续维持之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
步骤407：获取更新周期内的各个通信阶段的丢包率。
其中，更新周期是指一个通信控制循环周期，在更新周期内，每个单跳通信链路完成一次报文发送，链路监控器都会获取单跳通信链路中各个通信阶段的丢包率、源阶段的冲突发生率和发送失败率、传输阶段的传输失败率和误码率以及阱阶段的接收失败率。
步骤408：从更新周期内各个通信阶段的丢包率中选取丢包率之和小于等于预设丢包阈值的单跳通信链路，将该单跳通信链路作为待匹配单跳通信链路。
其中，任意一个更新周期内，丢包率之和小于等于预设丢包阈值的单跳通信链路个数可以为一个或者多个。
需要说明的是：更新周期内包括有多个单跳通信链路的不同通信阶段，因此，各个通信阶段的丢包率之和是同一个单跳通信链路的源阶段、传输阶段和阱阶段的丢包率之和。
步骤409：从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。其具体操作过程请参阅图5，可以包括以下步骤：
步骤4091：将更新周期内待匹配单跳通信链路中各个通信阶段的必选指标值分别按照丢包率降序值进行排序。其中，各个通信阶段的必选指标值为源阶段的冲突发生率和发送失败率、传输阶段的传输失败率和误码率以及阱阶段的接收失败率。必选指标主要用于描述单跳通信链路的通信过程中无线报文在各个通信阶段发送过程中描述PLR(Packet Lost Rate，报文丢失率)的指标。
步骤4092：对于单跳通信链路中的任一通信阶段，获取按照丢包率降序值进行排序的第一个所述必选指标值；
步骤4093：判断必选指标值是否为空，在必选指标值为空时，执行步骤4094，在必选指标值非空，且必选指标值对应的通信维护方案为空时，执行步骤4095，在必选指标值以及必选指标值对应的通信维护方案都非空时，执行步骤4096。
步骤4094：维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案，将该通信维护方案作为最优通信维护方案。
步骤4095：向网络管理者发送网络警告信息，将所述网络警告信息作为最优通信维护方案。网络警告是指在采取任何通信维护方案之后，无线传感器网络仍然无法满足可靠性要求时，链路监控器向网络管理者发送的网络环境警报，表明当前通信环境不适合可靠性要求。
步骤4096：判断必选指标值对应的通信维护方案与之前选择的通信维护方案是否一致，如果是，返回执行步骤4092，获取下一个必选指标值，如果否，执行步骤4097。
步骤4097：判断必选指标值是否对应一个通信维护方案，如果是，执行步骤4098，如果否，执行步骤4099。
步骤4098：将必选指标值对应的通信维护方案作为最优通信维护方案。
步骤4099：通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案。其中，通过可选指标值选取最优通信维护方案可以包括：通过对可选指标值的判断，从必选指标值对应的多个通信维护方案中选取一个作为最优通信维护方案。假如无法通过对可选指标值的判断选取，则选取必选指标值对应的第一个通信维护方案作为最优通信维护方案。
在本实施例中，可选指标主要用于辅助描述单跳通信链路的通信过程中各个通信阶段自身的通信环境的变化情况，用于选择通信维护方案时使用。可选指标值至少包括：源阶段的发送信号强度和传输阶段的接收信号强度。其中，发送信号强度由源设备的物理层检测，用于分析发送设备发送信号前所检测到得噪声强度情况。接收信号强度由无线设备物理层平台获得，用于分析从发送设备发送的固定能量值的信息传输到接收设备时的衰减情况。可选指标值可以在统计分析单跳通信链路的通信质量时获取。
上述各个通信阶段的最优通信维护方案如下：
对于待匹配单跳通信链路中的源阶段，判断必选指标值中的冲突发生率是否超过冲突发生阈值还是发送失败率是否超过发送失败阈值，在冲突发生率超过所述冲突发生阈值时，将更换通信时间或更换单跳通信链路作为最优通信维护方案。在发送失败率超过所述发送失败阈值时，向网络管理者发送设备警告信息，将设备警告信息作为最优通信维护方案。在冲突发生率超过冲突发生阈值，且发送失败率超过发送失败阈值时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案，通过可选指标值选取最优通信维护方案可以参阅步骤4099的阐述。
对于待匹配单跳通信链路中的传输阶段，将更换通信时间或更换单跳通信链路作为最优通信维护方案。其中，更换通信时间是指在有效调度的无线传感器网络中分配给当前单跳通信链路的通信时间中通信被干扰时，链路监控器所做出的可靠性维护操作。更换通信信道是指在当前单跳通信链路无法有效的传输电磁波信息时，链路监控器所做出的可靠性维护操作。
对于待匹配单跳通信链路中的阱阶段，将设备警告信息作为最优通信维护方案。其中，设备警告是指用于发送或接收报文的无线设备出现故障时，链路监控器所做出的可靠性维护操作，该操作主要用于处理由于硬件原因而导致网络可靠性降低，其中硬件原因包括电量不足或者硬件误操作等。
在本实施例中，冲突发生阈值和发送失败阈值是按照无线传感器网络的数据链路层和物理层的机制，依据通信双方或者工程人员按照无线传感器网络的实际应用场景预先设定的。
需要说明的是：在单跳通信链路的通信周期达到所述更新周期的情况下，将之前获取的各个通信阶段的必选指标值清零。
与上述方法实施例相对应，本申请还提供一种链路监控器，其结构示意图请参阅图6所示，可以包括：检测模块61、分析获取模块62和对比匹配模块63。
其中，检测模块61，用于检测单跳通信链路的通信质量。
分析获取模块62，用于对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率。在本实施例中，分析获取模块62可以包括：各阶段值获取子模块621、各阶段丢包率获取子模块622和链路丢包率获取子模块623，其结构示意图请参阅图7。
各阶段值获取子模块621，用于对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率。
各阶段丢包率获取子模块622，用于依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率。
链路丢包率获取子模块623，用于将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述通信链路的丢包率。
对比匹配模块63，用于将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案。
在丢包率和预设丢包阈值比对结果不同时，各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案的过程也可以不同。本实施例中，对比匹配模块63的结构示意图请参阅图8，包括：维护子模块631和选择子模块632。
其中，维护子模块631，用于在所述对比结果为丢包率小于等于所述预设丢包阈值的情况下，继续维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
选择子模块632，用于在所述对比结果为丢包率大于所述预设丢包阈值的情况下，从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案。
上述选择子模块632的具体结构请参阅图9，可以包括：丢包率获取单元6321、链路获取单元6322和选取单元6323。其中，
丢包率获取单元6321，用于获取更新周期内的各个通信阶段的丢包率。链路获取单元6322，用于从所述更新周期内各个通信阶段的丢包率中选取丢包率之和小于等于所述预设丢包阈值的单跳通信链路，将该单跳通信链路作为待匹配单跳通信链路。
选取单元6323，用于从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护。选取单元6323可以通过必选指标值选择最优通信维护。其中各个通信阶段自身的必选指标值包括：源阶段的冲突发生率和发送失败率、传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率。
在本实施例中，选取单元6323可以包括：排序子单元6324、判断子单元6325和匹配子单元6326，其结构示意图请参阅图10。
排序子单元6324，用于将更新周期内所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段的必选指标值分别按照丢包率降序值进行排序。
判断子单元6325，用于对于单跳通信链路中的任一通信阶段，获取按照丢包率降序值进行排序的第一个所述必选指标值，判断所述必选指标值。
匹配子单元6326，用于在必选指标值为空的情况下，维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案，将该通信维护方案作为最优通信维护方案；在必选指标值以及必选指标值对应的通信维护方案都非空的情况下，若必选指标值对应的通信维护方案与之前选择的通信维护方案不一致且必选指标值对应的一个通信维护方案时，将该通信维护方案作为最优通信维护方案，若不一致且必选指标值对应多个通信维护方案时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案，若必选指标值对应的通信维护方案与之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案一致时则获取下一个必选指标值，则触发所述判断子单元6325；在所述必选指标值非空，且该必选指标值对应的通信维护方案为空的情况下，向网络管理者发送网络警告信息，将所述网络警告信息作为最优通信维护方案。
需要说明的是，本申请的链路监控器还可以包括清零器，用于在单跳通信链路的通信周期达到所述更新周期的情况下，将之前获取的各个通信阶段的必选指标值清零。
本实施例所述的链路监控器增设在无线传感器网络的数据链路层上，且为无线传感器网络中的多个无线设备中分别增设一个链路监控器。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上对本申请所提供的一种通信维护方案匹配方法、链路监控器及无线传感器网络进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (8)
1.一种通信维护方案匹配方法，应用于无线传感器网络，其特征在于，在数据链路层上为每个无线设备增设一链路监控器，所述链路监控器作为数据链路层和网络层的接口，将所述无线设备之间的单跳通信链路的通信过程划分为源阶段、传输阶段和阱阶段三个通信阶段，所述方法包括：
检测单跳通信链路的通信质量；
对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率；
将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案，包括：针对各个通信阶段利用必选指标值来进行匹配，预设丢包阈值为PLRset*(1－α)，其中，PLRset为各端到端通信可靠性指标，用于描述系统高可靠性要求，α为可靠性缓冲区长，α≥0；
所述依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案包括：
在所述对比结果为丢包率小于等于所述预设丢包阈值的情况下，继续维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
在所述对比结果为丢包率大于所述预设丢包阈值的情况下，从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
所述从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案包括：
获取更新周期内的各个通信阶段的丢包率；
从所述更新周期内各个通信阶段的丢包率中选取丢包率之和小于等于所述预设丢包阈值的单跳通信链路，将该单跳通信链路作为待匹配单跳通信链路；
从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
将所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率分别作为自身阶段的必选指标值；
所述从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案包括：
将更新周期内所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段的必选指标值分别按照丢包率降序值进行排序；
对于单跳通信链路中的任一通信阶段，获取按照丢包率降序值进行排序的第一个所述必选指标值，判断所述必选指标值；
在必选指标值为空的情况下，维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案，将该通信维护方案作为最优通信维护方案；
在必选指标值以及必选指标值对应的通信维护方案都非空的情况下，若必选指标值对应的通信维护方案与之前选择的通信维护方案不一致且必选指标值对应的一个通信维护方案时，将该通信维护方案作为最优通信维护方案，若不一致且必选指标值对应多个通信维护方案时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案，若必选指标值对应的通信维护方案与之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案一致时则获取下一个必选指标值，执行判断所述必选指标值步骤；
在所述必选指标值非空，且该必选指标值对应的通信维护方案为空的情况下，向网络管理者发送网络警告信息，将所述网络警告信息作为最优通信维护方案。
2.根据权利要求1所述的通信维护方案匹配方法，其特征在于，所述对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率包括：
对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率；
依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率；
将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述单跳通信链路的丢包率。
3.根据权利要求1所述的通信维护方案匹配方法，其特征在于，对于所述待匹配单跳通信链路中的源阶段，判断必选指标值中的冲突发生率是否超过冲突发生阈值还是发送失败率是否超过发送失败阈值，在所述冲突发生率超过所述冲突发生阈值时，将更换通信时间或更换单跳通信链路作为最优通信维护方案，在所述发送失败率超过所述发送失败阈值时，向网络管理者发送设备警告信息，将所述设备警告信息作为最优通信维护方案；在所述冲突发生率超过所述冲突发生阈值，且所述发送失败率超过所述发送失败阈值时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案；
对于所述待匹配单跳通信链路中的传输阶段，将更换通信时间或更换单跳通信链路作为最优通信维护方案；
对于所述待匹配单跳通信链路中的阱阶段，将设备警告信息作为最优通信维护方案。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的通信维护方案匹配方法，其特征在于，在单跳通信链路的通信周期达到更新周期的情况下，将之前获取的各个通信阶段的必选指标值清零。
5.一种链路监控器，应用于无线传感器网络，其特征在于，所述链路监控器设置在数据链路层上的每个无线设备内，所述无线设备之间的单跳通信链路的通信过程划分为源阶段、传输阶段和阱阶段三个通信阶段，所述链路监控器包括：
检测模块，用于检测单跳通信链路的通信质量；
分析获取模块，用于对所述通信质量进行统计分析，获取所述单跳通信链路的丢包率；
对比匹配模块，用于将所述丢包率和预设丢包阈值进行对比，依据所述对比结果，分别为所述单跳通信链路中各个通信阶段匹配各自对应的最优通信维护方案，包括：针对各个通信阶段利用必选指标值来进行匹配，预设丢包阈值为PLRset*(1－α)，其中，PLRset为各端到端通信可靠性指标，用于描述系统高可靠性要求，α为可靠性缓冲区长，α≥0；
所述对比匹配模块包括：
维护子模块，用于在所述对比结果为丢包率小于等于所述预设丢包阈值的情况下，继续维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
选择子模块，用于在所述对比结果为丢包率大于所述预设丢包阈值的情况下，从预设方案表中选择所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护方案；
所述选择子模块包括：
丢包率获取单元，用于获取更新周期内的各个通信阶段的丢包率；
链路获取单元，用于从所述更新周期内各个通信阶段的丢包率中选取丢包率之和小于等于所述预设丢包阈值的单跳通信链路，将该单跳通信链路作为待匹配单跳通信链路；
选取单元，用于从所述预设方案表中选择所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的最优通信维护；
将所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率分别作为自身阶段的必选指标值；
所述选取单元包括：
排序子单元，用于将更新周期内所述待匹配单跳通信链路中各个通信阶段的必选指标值分别按照丢包率降序值进行排序；
判断子单元，用于对于单跳通信链路中的任一通信阶段，获取按照丢包率降序值进行排序的第一个所述必选指标值，判断所述必选指标值；
匹配子单元，用于在必选指标值为空的情况下，维持之前所述单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案，将该通信维护方案作为最优通信维护方案；在必选指标值以及必选指标值对应的通信维护方案都非空的情况下，若必选指标值对应的通信维护方案与之前选择的通信维护方案不一致且必选指标值对应的一个通信维护方案时，将该通信维护方案作为最优通信维护方案，若不一致且必选指标值对应多个通信维护方案时，则通过必选指标值对应的可选指标值选取最优通信维护方案，若必选指标值对应的通信维护方案与之前单跳通信链路中各个通信阶段自身对应的通信维护方案一致时则获取下一个必选指标值，则触发所述判断子单元；在所述必选指标值非空，且该必选指标值对应的通信维护方案为空的情况下，向网络管理者发送网络警告信息，将所述网络警告信息作为最优通信维护方案。
6.根据权利要求5所述的链路监控器，其特征在于，所述分析获取模块包括：
各阶段值获取子模块，用于对所述通信质量进行统计分析，获取所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率；
各阶段丢包率获取子模块，用于依据所述源阶段的冲突发生率和发送失败率、所述传输阶段的传输失败率和误码率以及所述阱阶段的接收失败率，分别得出所述源阶段、所述传输阶段和所述阱阶段的丢包率；
链路丢包率获取子模块，用于将各个通信阶段的丢包率求和，将求和结果作为所述通信链路的丢包率。
7.根据权利要求5所述的链路监控器，其特征在于，还包括：
清零器，用于在单跳通信链路的通信周期达到更新周期的情况下，将之前获取的各个通信阶段的必选指标值清零。
8.一种无线传感器网络，包括多个无线设备，其特征在于，在数据链路层上为每个所述无线设备增设一个如权利要求5至7任意一项所述的链路监控器。
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