CN105634873B - 一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统 - Google Patents

一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统，所述方法包括：建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型；根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价。本发明的性能评价方法及系统充分考虑了高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性价比，综合网络性能和网络成本两个参数，并结合上述性能评价方法及系统的具体应用场景，解决了现有技术对高速列车运营环境监测网络的QoS评价不全面的技术问题。

Description

一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统
技术领域
本发明涉及无线传感领域，尤其涉及一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统。
背景技术
高速列车运营速度快，对外界干扰比较敏感，因而对运营环境的监测提出较高要求。高速列车运营环境监测网络可采用无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)实现，无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，因此广泛应用于军事、智能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。
服务质量QoS(Quality of Service)，指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力。对无线传感器网络的QoS进行评价可以为设计无线传感器网络提供更科学的依据。
但现有无线传感器网络的QoS评价大多数只考虑网络的部分性能指标，如网络连通性、吞吐量、时延、丢包率等，没有综合的考虑其它影响无线传感器网络建设的其他性能指标。因此，构建一个综合无线传感器网络多方面性能指标的完整QoS评价指标体系对无线传感器网络性能的提升和优化具有重要的指导意义。
发明内容
本发明提供一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统，以解决现有技术对高速列车运营环境监测网络的QoS评价不全面的技术问题。
第一方面，本发明提供一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法，包括：
建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型；
根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价。
可选地，所述建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型，包括：
根据无线传感器网络的生存期、能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、覆盖率与连通度中的至少一个，建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型；
根据无线传感器网络的生存期、部署节点成本和各部署节点的环境中的至少一个，建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型；
根据所述第一评价模型和所述第二评价模型，确定所述QoS评价指标模型。
在所述建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，所述方法还包括：
根据无线传感器网络的信噪比SNR、时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型；
根据无线传感器网络的时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的吞吐量的第四评价模型；
根据无线传感器网络的部署节点传输功率和部署节点数目，建立用于确定无线传感器网络的覆盖率与连通度的第五评价模型；
相应地，在所述建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型之前，所述方法还包括：
根据无线传感器网络的部署节点数目和部署节点价格，建立用于确定无线传感器网络的部署节点成本的第六评价模型；
其中，部署节点包括地面部署节点和列车部署节点。
可选地，在所述建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型之前，所述方法还包括：
根据无线传感器网络中各地面部署节点间的信噪比和列车速度，确定无线传感器网络的信噪比SNR；
根据无线传感器网络的各地面部署节点间的丢包率和列车速度，确定无线传感器网络的丢包率。
可选地，所述根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价，包括：
实时监测高速列车运营环境监测的无线传感器网络的状态参数；
根据所述状态参数，采用所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的不同类型的无线传感器网络的性能进行评价。
可选地，所述无线传感器网络的类型，包括：
不同信息路由方式的无线传感器网络和不同网络拓扑结构的无线传感器网络。
第二方面，本发明提供一种高速列车运营环境监测网络的性能评价系统，包括：
模型建立单元，用于建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型；
性能评价单元，用于根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价。
可选地，所述模型建立单元，包括：
第一模型建立模块，用于根据无线传感器网络的生存期、能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、覆盖率与连通度中的至少一个，建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型；
第二模型建立模块，用于根据无线传感器网络的生存期、部署节点的成本和各部署节点的环境中的至少一个，建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型；
模型确定模块，用于根据所述第一评价模型和所述第二评价模型，确定所述QoS评价指标模型。
可选地，所述模型建立单元还包括：
第三模型建立模块，用于在所述第一模型建立模块建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的信噪比SNR、时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型；
第四模型建立模块，用于在所述第一模型建立模块建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的吞吐量的第四评价模型；
第五模型建立模块，用于在所述第一模型建立模块建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的部署节点传输功率和部署节点数目，建立用于确定无线传感器网络的覆盖率与连通度的第五评价模型；
第六模型建立模块，用于在所述第二模型建立模块建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型之前，根据无线传感器网络的部署节点数目和部署节点价格，建立用于确定无线传感器网络的部署节点成本的第六评价模型；
其中，部署节点包括地面部署节点和列车部署节点。
可选地，所述性能评价单元，具体用于：
实时监测高速列车运营环境监测的无线传感器网络的状态参数；
根据所述状态参数，采用所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的不同类型的无线传感器网络的性能进行评价。
由上述技术方案可知，本发明的一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法及系统，通过建立包括网络性能参数及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型来对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价，弥补了现有的QoS评价指标模型对无线传感器网络性能评价不全面的缺陷，从而能够更好的实现对高速列车运营环境的监测。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的服务质量QoS评价指标模型应用在高速列车运营环境监测的无线传感器网络的参数图；
图3为本发明一实施例提供的一种高速列车运营环境监测网络的性能评价系统的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的模型建立单元的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS评价指标模型的示意图；
图6为本发明另一实施例提供的高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS评价指标模型的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法的流程示意图。如图1所示，本实施例的高速列车运营环境监测网络的性能评价方法包括步骤S101和S102。
S101、建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型。
建设高速铁路运营环境监测的无线传感器网络是一个庞大的工程，对传感器的类型和传感器数量需求众多，而传感器的类型和质量与传感器的价格密切相关，因而网络成本也会影响无线传感器网络的服务质量QoS。
本实施例充分考虑构建用于监测高速列车运营环境的无线传感器网络的性价比，通过建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型，从无线传感器网络的性能和无线传感器网络的成本两方面来评价无线传感器网络的QoS性能。
S102、根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价。
在一个具体的例子中，步骤S101还包括图1中未示出的子步骤S1011至S1013。
S1011、根据无线传感器网络的生存期、能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、覆盖率与连通度中的至少一个，建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型。
S1012、根据无线传感器网络的生存期、部署节点成本和各部署节点的环境中的至少一个，建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型。
其中，各部署节点的环境具体考虑部署节点的地形、交通以及实施难易等因素。
S1013、根据所述第一评价模型和第二评价模型，确定所述QoS评价指标模型。
在一个具体的例子中，在步骤S1011之前，上述方法还包括图1中未示出的步骤S101的子步骤101a、101b及101c。
101a、根据无线传感器网络的信噪比SNR、时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型。
其中，部署节点包括地面部署节点和列车部署节点。
可以理解的是，地面部署节点为部署在地面上的无线传感器节点，列车部署节点是部署在高速列车上的无线传感器节点。
101b、根据无线传感器网络的时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的吞吐量的第四评价模型。
101c、根据无线传感器网络的部署节点传输功率和部署节点数目，建立用于确定无线传感器网络的覆盖率与连通度的第五评价模型。
在一个具体的例子中，在步骤S1012之前，上述方法还包括图1中未示出的步骤S101的子步骤101d。
101d、根据无线传感器网络的部署节点数目和部署节点价格，建立用于确定无线传感器网络的部署节点成本的第六评价模型。
在一个具体的例子中，步骤101a中的无线传感器网络的信噪比由图1中未示出的以下步骤得到：
根据无线传感器网络中各地面部署节点间的信噪比和列车速度，确定无线传感器网络的信噪比SNR。
在一个具体的例子中，步骤101a和101b中的无线传感器网络的丢包率由图1中未示出的以下步骤得到：
根据无线传感器网络的各地面部署节点间的丢包率和列车速度，确定无线传感器网络的丢包率。
如图2所示，无线传感器网络的信噪比SNR包括各地面部署节点间的信噪比和列车部署节点与地面部署节点之间的信噪比，无线传感器网络的丢包率包括各地面部署节点间的丢包率和列车部署节点与地面部署节点之间的丢包率，但是由于列车的高速移动性，车载节点与地面传感节点之间的信噪比和丢包率不易通过现有物理设备直接获得或者不易度量，而这两个参数的变化又与高速列车的速度密切相关，因此本发明实施例中通过监测列车速度来替换度量列车部署节点与地面部署节点之间的信噪比和丢包率。
在一个具体的例子中，上述性能评价方法可对不同类型的无线传感器网络进行评价，包括：不同信息路由方式的无线传感器网络和不同网络拓扑结构的无线传感器网络。
本实施例的高速列车运营环境监测网络的性能评价方法，通过建立包括网络性能参数及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型来对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价，弥补了现有的QoS评价指标模型对无线传感器网络性能评价不全面的缺陷，同时考虑了无线传感器网络的具体应用场景，即高速列车运营环境监测，进而将高速列车的速度作为一个QoS评价指标模型中的一个评价指标，从而能够更好的实现对高速列车运营环境的监测。
图3示出了本发明一实施例的一种高速列车运营环境监测网络的性能评价系统的结构示意图。如图3所示，高速列车运营环境监测网络的性能评价系统包括模型建立单元31和性能评价单元32。
模型建立单元31，用于建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型；
性能评价单元32，用于根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价。
在一个具体的例子中，模型建立单元31的具体结构如图4所示，包括：第一模型建立模块311、第二模型建立模块312、第三模型建立模块313、第四模型建立模块314、第五模型建立模块315、第六模型建立模块316及模型确定模块310。
第一模型建立模块311，用于根据无线传感器网络的生存期、能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、覆盖率与连通度中的至少一个，建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型；
第二模型建立模块312，用于根据无线传感器网络的生存期、部署节点的成本和各部署节点的环境中的至少一个，建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型；
模型确定模块310，用于根据所述第一评价模型和第二评价模型，确定所述QoS评价指标模型。
第三模型建立模块313，用于在所述第一模型建立模块311建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的信噪比SNR、时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型；
第四模型建立模块314，用于在所述第一模型建立模块311建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的吞吐量的第四评价模型；
第五模型建立模块315，用于在所述第一模型建立模块311建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的部署节点传输功率和部署节点数目，建立用于确定无线传感器网络的覆盖率与连通度的第五评价模型；
第六模型建立模块316，用于在所述第二模型建立模块312建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型之前，根据无线传感器网络的部署节点数目和部署节点价格，建立用于确定无线传感器网络的部署节点成本的第六评价模型。
本实施例的一种高速列车运营环境监测网络的性能评价系统，可以用于执行图1中方法的技术方案，其原理和效果类似，此处不再赘述。
图5示出了高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS评价指标模型的示意图。由图5可知，高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS由网络性能和网络成本两个参数确定。而网络性能又由能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、网络生存期和网络覆盖率与连通度确定，网络成本由部署节点成本和部署节点的环境，同时与网络生存期相关。同时，网络的信号质量有信噪比SNR、时延和丢包率确定，吞吐量由时延和丢包率确定，网络覆盖率与连通度由部署节点传输功率和部署节点数目确定，部署节点成本由部署节点数目和部署节点价格确定。
本实施例公开的高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS评价指标模型，涉及了影响无线传感器网络的各参数，综合考虑无线传感器网络的性能及成本，为高速列车运营环境监测无线传感器网络的性能的提升和优化具有良好的指导意义。
图6示出了另一个高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS评价指标模型的示意图。本实施例的评价指标模型与图5示出的评价指标模型的不同之处在于，考虑到影响无线传感器网络的吞吐量的最重要的参数是无线传感器网络的时延和丢包率，但在实际应用中，还应视具体情况考虑一些其它的因素，将其作为影响无线传感器网络的吞吐量的补充因素，以更全面的评价高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS。
本实施例公开的高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS评价指标模型，充分地考虑了影响无线传感器网络的吞吐量的其它因素，因而能够更全面的评价高速列车运营环境监测网络的服务质量QoS。
本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种高速列车运营环境监测网络的性能评价方法，其特征在于，包括：
建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型；
根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价；
所述建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型，包括：
根据无线传感器网络的生存期、能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、覆盖率与连通度中的至少一个，建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型；
根据无线传感器网络的各部署节点的环境，部署节点成本和各部署节点的环境，生存期和各部署节点的环境，或生存期、部署节点成本和各部署节点的环境，建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型；
根据所述第一评价模型和所述第二评价模型，确定所述QoS评价指标模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，所述方法还包括：
根据无线传感器网络的信噪比SNR、时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型；
根据无线传感器网络的时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的吞吐量的第四评价模型；
根据无线传感器网络的部署节点传输功率和部署节点数目，建立用于确定无线传感器网络的覆盖率与连通度的第五评价模型；
相应地，在所述建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型之前，所述方法还包括：
根据无线传感器网络的部署节点数目和部署节点价格，建立用于确定无线传感器网络的部署节点成本的第六评价模型；
其中，部署节点包括地面部署节点和列车部署节点。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型之前，所述方法还包括：
根据无线传感器网络中各地面部署节点间的信噪比和列车速度，确定无线传感器网络的信噪比SNR；
根据无线传感器网络的各地面部署节点间的丢包率和列车速度，确定无线传感器网络的丢包率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价，包括：
实时监测高速列车运营环境监测的无线传感器网络的状态参数；
根据所述状态参数，采用所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的不同类型的无线传感器网络的性能进行评价。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无线传感器网络的类型，包括：
不同信息路由方式的无线传感器网络和不同网络拓扑结构的无线传感器网络。
6.一种高速列车运营环境监测网络的性能评价系统，其特征在于，包括：
模型建立单元，用于建立包括网络性能参数以及网络成本参数的服务质量QoS评价指标模型；
性能评价单元，用于根据所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的无线传感器网络的性能进行评价；
所述模型建立单元，包括：
第一模型建立模块，用于根据无线传感器网络的生存期、能量效率、鲁棒性、信号质量、吞吐量、覆盖率与连通度中的至少一个，建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型；
第二模型建立模块，用于根据无线传感器网络的各部署节点的环境，部署节点成本和各部署节点的环境，生存期和各部署节点的环境，或生存期、部署节点成本和各部署节点的环境，建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型；
模型确定模块，用于根据所述第一评价模型和所述第二评价模型，确定所述QoS评价指标模型。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述模型建立单元还包括：
第三模型建立模块，用于在所述第一模型建立模块建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的信噪比SNR、时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的信号质量的第三评价模型；
第四模型建立模块，用于在所述第一模型建立模块建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的时延和丢包率，建立用于确定无线传感器网络的吞吐量的第四评价模型；
第五模型建立模块，用于在所述第一模型建立模块建立用于确定所述网络性能参数的第一评价模型之前，根据无线传感器网络的部署节点传输功率和部署节点数目，建立用于确定无线传感器网络的覆盖率与连通度的第五评价模型；
第六模型建立模块，用于在所述第二模型建立模块建立用于确定所述网络成本参数的第二评价模型之前，根据无线传感器网络的部署节点数目和部署节点价格，建立用于确定无线传感器网络的部署节点成本的第六评价模型；
其中，部署节点包括地面部署节点和列车部署节点。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述性能评价单元，具体用于：
实时监测高速列车运营环境监测的无线传感器网络的状态参数；
根据所述状态参数，采用所述QoS评价指标模型对高速列车运营环境监测的不同类型的无线传感器网络的性能进行评价。
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