CN111263387B - 一种无线传感器网络异常处置方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线传感器网络异常处置方法及系统，方法包括：步骤1、统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；步骤2、计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，所述比率记为第一比率；步骤3、判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑，重复步骤1至步骤2直至第一比率小于比率阈值。系统包括：统计模块、第一比率计算模块、数据库和执行模块。本发明提高了对无线传感器网络异常处置的效率，节约了时间。本发明主要用于无线传感器网络技术领域。

Description

一种无线传感器网络异常处置方法及系统

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种无线传感器网络异常处置方法及系统。

背景技术

无线传感器网络是一项通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式。构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元。其中数据采集单元通常都是采集监测区域内的信息并加以转换，比如光强度跟大气压力与湿度等；数据传输单元则主要以无线通信和交流信息以及发送接收那些采集进来的数据信息为主；数据处理单元通常处理的是全部节点的路径协议和管理任务以及定位装置等；能量供应单元为缩减传感器节点占据的面积，会选择微型电池的构成形式。

无线传感器网络的网络异常主要是由于节点的异常导致，现有的对于网络异常的处置方法是通过发现异常节点，然后对异常节点进行删除、再建立路径，这种处置方法效率不高，耗时很长。

发明内容

本发明目的在于提供一种无线传感器网络异常处置方法及系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一方面，提供一种无线传感器网络异常处置方法，包括：

步骤1、统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；

步骤2、计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，所述比率记为第一比率；

步骤3、判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑，重复步骤1至步骤2直至第一比率小于比率阈值。

在数据库中预先做好多套路径网络拓扑，然后统计整个无线传感器网络的异常节点的数量和正常节点的数量。通过更换无线传感器网络的路径网络拓扑的方式，将整体工作性能较差的路径网络拓扑直接换掉，以新的路径网络拓扑代替，从而使得无线传感器网络始终工作在最佳性能。

进一步，在步骤1中，统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量的方法包括：对接入的所有节点进行广播，统计没有回复的节点的数量，所述数量为异常节点数量，统计有回复的节点的数量，所述数量为正常节点数量。

进一步，所述数据库中预先存储至少3套路径网络拓扑。

进一步，所述路径网络拓扑的效率因子≥0.85，所述效率因子的计算方式为：

其中，P表示为效率因子，A表示为节点的当前功率值，B表示为节点的额定功率值，i为节点的标号，n表示为节点的总数量，节点从1到n依次标号。

通过效率因子作为评价而得到的路径网络拓扑，在应用本处置方法中，可以很好的解决了网络稳定性不佳和频繁切换的问题。

另一方面，提供一种无线传感器网络异常处置系统，包括：统计模块、第一比率计算模块、数据库和执行模块；所述统计模块用于统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；所述第一比率计算模块用于计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，并将所述比率记为第一比率传递给执行模块；所述数据库用于存储路径网络拓扑；所述执行模块用于判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑。

本发明的有益效果：本方法通过更换无线传感器网络的路径网络拓扑的方式，将整体工作性能较差的路径网络拓扑直接换掉，以新的路径网络拓扑代替，提高了对无线传感器网络异常处置的效率，节约了时间。由于本系统用于执行上述方法，因此，其也具有上述方法的有益效果，这里就不重复描述了。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明；

图1是无线传感器网络异常处置方法的步骤流程图；

图2是无线传感器网络异常处置系统的系统结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，如果具有“若干”之类的词汇描述，其含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种无线传感器网络异常处置方法，包括：

步骤1、统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；

步骤2、计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，所述比率记为第一比率；

步骤3、判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑；

步骤4、重复步骤1至步骤2直至第一比率小于比率阈值。

其中，在步骤1中，统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量的方法包括：对接入的所有节点进行广播，统计没有回复的节点的数量，所述数量为异常节点数量，统计有回复的节点的数量，所述数量为正常节点数量。所述数据库中预先存储至少3套路径网络拓扑。

路径网络拓扑指的是无线传感器网络的每一个节点之间的路径拓扑关系。对于无线传感器网络来讲，预先通过设计和测试得到多套路径网络拓扑，并将多套路径网络拓扑存储在数据库中。当无线传感器网络的节点发生异常时，由于该节点涉及到无线传感器网络的整个路径布局。如果直接将该节点删除的话，那么整个无线传感器就会产生其他问题。而且，如果需要对该节点进行定位，重新规划路径，以避免该异常节点对整个网络的影响，这种方式耗费时间和资源。为了避免耗费时间和资源，本申请提供的技术方案具体通过：在数据库中预先做好多套路径网络拓扑，然后定时统计整个无线传感器网络的异常节点的数量和正常节点的数量。在整个无线传感器网络中，如果异常节点的数量不多的话，并不会影响到整个无线传感器网络整体工作性能。因此，通过计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，得到第一比率，将第一比率与预先设置好的比率阈值进行对比，从而更加客观的反映出整个无线传感器网络中的整体性能情况。当第一比率超过或者等于比率阈值时，则调整整个无线传感器网络的路径网络拓扑。通过更换无线传感器网络的路径网络拓扑的方式，将整体工作性能较差的路径网络拓扑直接换掉，以新的路径网络拓扑代替，从而使得无线传感器网络始终工作在最佳性能。

路径网络拓扑通过预先设计并存储在数据库中，在路径网络拓扑的设计和选取中，采用何种路径网络拓扑的可以通过现有一些指标进行评价。但是，通过现有的指标进行评价而得到路径网络拓扑在应用到本处置方法中效果并不佳，存在网络稳定性不佳、频繁切换的问题。为此，在一些实施例中，对于路径网络拓扑的选取标准推荐采用效率因子进行评价。其中，选用的路径网络拓扑的效率因子≥0.85，所述效率因子的计算方式为：

其中，P表示为效率因子，A表示为节点的当前功率值，B表示为节点的额定功率值，i为节点的标号，n表示为节点的总数量，节点从1到n依次标号。效率因子的计算实质是通过对节点的功率比进行数学期望，所述节点的功率比指的是节点当前的功率和其额定功率之间的比值。

通过效率因子作为评价而得到的路径网络拓扑，在应用本处置方法中，可以很好的解决了网络稳定性不佳和频繁切换的问题。

参考图2，在一些实施例中，还提供了一种无线传感器网络异常处置系统，该系统用于对上述一些实施例中的处置方法的执行，其中，系统包括：统计模块、第一比率计算模块、数据库和执行模块；所述统计模块用于统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；所述第一比率计算模块用于计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，并将所述比率记为第一比率传递给执行模块；所述数据库用于存储路径网络拓扑；所述执行模块用于判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑。

所述一种无线传感器网络异常处置系统可以运行于桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备中。所述一种无线传感器网络异常处置系统，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种无线传感器网络异常处置系统的示例，并不构成对一种无线传感器网络异常处置系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种无线传感器网络异常处置系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种无线传感器网络异常处置系统运行系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种无线传感器网络异常处置系统可运行系统的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种无线传感器网络异常处置系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种无线传感器网络异常处置方法，其特征在于：包括：

步骤1、统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；

步骤2、计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，所述比率记为第一比率；

步骤3、判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑，重复步骤1至步骤2直至第一比率小于比率阈值；所述数据库中预先存储至少3套路径网络拓扑；

在步骤1中，统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量的方法包括：对接入的所有节点进行广播，统计没有回复的节点的数量，所述数量为异常节点数量，统计有回复的节点的数量，所述数量为正常节点数量；

其中，选用的路径网络拓扑的效率因子≥0.85，所述效率因子的计算方式为：

式中，P表示为效率因子，A表示为节点的当前功率值，B表示为节点的额定功率值，i为节点的标号，n表示为节点的总数量，节点从1到n依次标号。

2.一种无线传感器网络异常处置系统，其特征在于，包括：统计模块、第一比率计算模块、数据库和执行模块；

所述统计模块用于统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量；

所述第一比率计算模块用于计算异常节点数量与正常节点数量之间比率，并将所述比率记为第一比率传递给执行模块；

所述数据库用于预先存储至少3套路径网络拓扑；

所述执行模块用于判断所述第一比率是否超过预设的比率阈值，当所述第一比率大于或等于比率阈值时，则从数据库中选择新的路径网络拓扑以替换当前的路径网络拓扑；

在所述统计模块中，统计无线传感器网络的异常节点数量和正常节点数量的方法包括：对接入的所有节点进行广播，统计没有回复的节点的数量，所述数量为异常节点数量，统计有回复的节点的数量，所述数量为正常节点数量；

其中，选用的路径网络拓扑的效率因子≥0.85，所述效率因子的计算方式为：

式中，P表示为效率因子，A表示为节点的当前功率值，B表示为节点的额定功率值，i为节点的标号，n表示为节点的总数量，节点从1到n依次标号。

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