無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中被動(dòng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)通常部署于難以掌控或者條件惡劣的環(huán)境當(dāng)中，如危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制。在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)部署階段、以及網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行狀況在節(jié)點(diǎn)故障、節(jié)點(diǎn)能量狀況、周邊物理環(huán)境的改變等多種因素影響下，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中局部節(jié)點(diǎn)故障和網(wǎng)絡(luò)工作不正常，從而影響到網(wǎng)絡(luò)的可靠性和實(shí)際應(yīng)用效果。從開(kāi)發(fā)者的角度來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)部署和調(diào)試是件消耗人力、資源，非常復(fù)雜的事情，而且隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，在真實(shí)場(chǎng)景中部署網(wǎng)絡(luò)遇到越來(lái)越多不可預(yù)測(cè)的問(wèn)

2、題。使用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)工具實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況、診斷網(wǎng)絡(luò)故障和分析網(wǎng)絡(luò)性能，保證網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用正常運(yùn)行。
　　 被動(dòng)監(jiān)測(cè)是在原有傳感網(wǎng)絡(luò)外部搭建監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，被動(dòng)嗅探網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。被動(dòng)監(jiān)測(cè)最大的優(yōu)點(diǎn)是不占用傳感網(wǎng)絡(luò)中的任何資源，對(duì)被監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)造成的影響較小。但被動(dòng)監(jiān)測(cè)方法受到以下三個(gè)方面限制：(1)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)功耗低，通信范圍有限，單個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)只能抓取到自身一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)包，只能反映一個(gè)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的狀況；(2)由于監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)資源有限，

3、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)不能抓取到通信范圍內(nèi)的所有的數(shù)據(jù)包，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)漏聽(tīng)數(shù)據(jù)包導(dǎo)致監(jiān)測(cè)記錄不完整；(3)監(jiān)測(cè)記錄直接提供的信息有限，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估、故障診斷等分析工具還需要推斷隱含信息，如判斷監(jiān)聽(tīng)到的數(shù)據(jù)包是否被目的節(jié)點(diǎn)接收。如何提高監(jiān)測(cè)記錄的完整性和可利用性是被動(dòng)監(jiān)測(cè)需要解決的主要問(wèn)題。本文對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中被動(dòng)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。主要包括以下內(nèi)容：
　　 (1)提出了監(jiān)測(cè)記錄合并算法。在網(wǎng)絡(luò)的不同地方放置多個(gè)

4、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，然后將所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄合并起來(lái)，可以從全局上對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。這種方法啟發(fā)自WLAN中的被動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前已經(jīng)有一些無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的被動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)考慮到這個(gè)問(wèn)題，提出了一些優(yōu)秀的解決方案，但普遍存在兩個(gè)方面的問(wèn)題：第一，合并的準(zhǔn)確性，現(xiàn)有的合并算法并沒(méi)有很好的解決時(shí)鐘漂移問(wèn)題，影響了合并的準(zhǔn)確性；第二，合并的效率，現(xiàn)有的合并算法基本上都采用離線的方式，處理的效率并不高，不適用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本文提出了實(shí)時(shí)、高效、精確的記錄合

5、并算法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，合并算法很大程度上提高了監(jiān)測(cè)記錄的完整性。
　　 (2)提出了基于有限自動(dòng)狀態(tài)機(jī)的數(shù)據(jù)推理算法。根據(jù)協(xié)議交換規(guī)則構(gòu)建有限狀態(tài)機(jī)，推理監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)漏昕的數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包的接收情況，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整性和數(shù)據(jù)的可利用性。本文結(jié)合TinyOS中的CTP數(shù)據(jù)采集協(xié)議進(jìn)行了狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明在監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽(tīng)到網(wǎng)絡(luò)中50％以上數(shù)據(jù)包時(shí)，推理后的監(jiān)測(cè)記錄可以增加20％-25％數(shù)據(jù)包，能推理斷出90％以上數(shù)據(jù)包的接收情況。<