[發明專利]基于數據溯源的WSN異常節點發現方法及系統

有效

• 申請號: 201710369072.7
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107426006B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 程杰;陳龍
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/26;H04W24/02;H04W24/08;H04W84/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了基于數據溯源的WSN異常節點發現方法及系統，包含數據溯源、傳輸拓撲發現和異常節點發現三個階段。所述數據溯源階段：基站對接收的數據包進行溯源，獲得數據包的實際傳輸路徑；所述傳輸拓撲發現階段利用數據溯源所得到的數據傳輸路徑，來擬合WSN的傳輸拓撲和累計節點的活躍度權值；異常節點發現階段根據傳輸拓撲的連通性發現離散節點，根據傳輸拓撲中節點的活躍度來發現WSN的閑置節點和過載節點，通過監測節點的活躍度變化情況來發現失效節點。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡應用技術領域，特別涉及一種基于數據溯源的無線傳感器網絡異常節點發現方法及系統。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是由部署在監測區域內，具有數據采集、通信、存儲和處理能力的傳感器節點構成的自組織通信系統，其中，每一個傳感器為網絡的一個節點，用于環境感知，并將感知的數據以多跳方式傳輸到基站。在無線傳感器網絡中，由于工作位置、性能配置、布局設計以及其它人為或者自然等因素，各傳感器節點的工作狀態差異較大，因而無線傳感器網絡中通常存在很多異常節點，這些異常節點主要包括：(1)離散節點，即：與其他節點之間無數據傳輸的非連通節點；(2)閑置節點，即：低負載或空負載節點；(3)過載節點，即：負載過重的繁忙節點；(4)失效節點，即：因能量耗盡或中途故障等原因導致不能承擔通信任務的節點。由于大量廉價的傳感器節點部署在不可控的環境中，無線傳感器網絡中上述節點的出現概率很高，而這些節點的存在極大地降低了無線傳感器網絡的服務質量，成為影響WSN連通性、穩定性和可用性的主要原因，因此，及時有效的發現和處置這些異常傳感器節點，對WSN的整體運行性能至關重要。

針對上述問題，本發明從數據溯源角度提出一種識別WSN中上述四類類異常節點的新方法。無線傳感器網絡的數據溯源是指對基站接收的數據進行追溯，還原出該數據在傳輸過程中的傳輸路徑。通過對大量數據傳輸路徑的收集和擬合，可得到單位時間周期內由WSN節點和通信鏈路形成的傳輸拓撲，以及各傳感器節點的活躍(繁忙)情況。根據傳輸拓撲，可直觀地區分WSN的離散節點；通過對節點活躍性的定量分析，可發現WSN的閑置節點和過載節點。由于WSN的傳輸拓撲具有隨時間演變的動態性，因而從不同時段獲得的傳輸拓撲中，可以跟蹤各節點的活躍度，發現失效節點。

發明內容

本發明提供一種基于數據溯源的WSN異常節點發現方法及系統。本發明所述無線傳感器網絡異常節點，是指WSN中的離散節點、閑置節點、過載節點和失效節點；所述離散節點是指與其他節點之間無數據傳輸的非連通節點；所述閑置節點是指WSN中低負載或空負載節點；所述過載節點指WSN中負載過重的繁忙節點；所述失效節點是指因能量耗盡或中途故障等原因導致不能承擔通信任務的節點。

本發明所述數據溯源，是指基站根據溯源信息獲得數據包傳輸過程的方法，例如：(1)文獻CAPTRA:coordinated packet traceback(《Proceedings of the 5thinternational conference on Information processing in sensor networks》,ACM,2006:152-159.)提出的CAPTRA數據溯源方法，此方法將溯源信息記入途徑轉發節點，使用分布在每個傳感器節點內的布隆過濾器來記錄數據包摘要；基站通過監聽傳感器節點中存儲的摘要信息來確定參與數據包傳輸的各轉發節點。(2)發明人在基于偽隨機序列的無線傳感器網絡數據溯源方法.中國發明專利，申請號：201510646810.9中提出的基于偽隨機序列的無線傳感器網絡數據溯源方法，該方法為每個節點分配一個唯一且互為正交的標識序列，各傳感器節點在轉發數據之前，將自己的標識序列與數據包中的溯源信息進行疊加，而基站則利用標識序列的正交性，從數據包的疊加編碼中分離出參與數據包轉發的所有傳感器節點信息。