[發明專利]基于數據溯源的WSN節點能量監測方法及系統

有效

• 申請號: 201710369520.3
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107155195B
• 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: H04W24/08
• 分類號: 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節點能量監測方法及系統，包括：數據溯源階段和節點能耗監測階段。所述數據溯源階段對基站收到的數據包進行追溯，得到參與當前數據包轉發的傳感器節點集合；所述節點能耗監測階段根據所述數據溯源階段得到的數據轉發節點集合，將集合中各傳感器節點的當前能量值減去一個單跳轉發能耗值，并將剩余能量值存入該節點的能耗記錄表，通過能耗記錄表對傳感器節點的剩余能量進行監測。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡節點能量監測方法，特別涉及基于數據溯源的無線傳感器網絡節點能量監測方法及系統。

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。由于無線傳感器節點能量有限，因而能量消耗問題是無線傳感器網絡技術的核心問題。

傳感器節點通常由傳感模塊、處理器模塊、存儲模塊、通信模塊、電源模塊和嵌入式軟件等組成，其中消耗能量的模塊主要為傳感模塊、處理器模塊和通信模塊。根據EstrinD.Tutorial“Wireless Sensor Networks”Part IV:Sensor NetworkProtocols.MobiCom.The Eight Annual International Conference on MobileComputing and Networking Atlanta.Georgia,USA:ACM.2002:140-147.中給出的傳感器節點能耗模型，傳感器節點各模塊中通信模塊消耗了絕大多數的能量，而傳感模塊和處理器模塊消耗的能量很少；通信模塊中，發送狀態(TX)下節點耗能最多，接收狀態(RX)和空閑狀態(IDLE)的耗能相當且略低于發送狀態，睡眠狀態(SLEEP)下節點的耗能則遠遠低于接收狀態(RX)和空閑狀態(IDLE)。隨著WSN技術的進步，無線傳感器網絡能夠快速完成節點工作狀態的轉換，使節點在工作狀態(發送和接收)結束后快速地進入睡眠狀態，最大程度地降低空閑狀態下的能量消耗，使節點的非工作耗能達到最小化。因此，現有無線傳感器網絡能量模型的研究主要集中于發送和接收狀態下節點的能量消耗。

在無線傳感器網絡中，數據以多跳方式傳至基站。在一次數據傳輸過程中，除源發送節點外，所有轉發節點均完成一次數據接收和一次數據發送，而這類數據轉發所消耗的能量占節點耗能的主要部分。因此，節點參與數據轉發的頻次可作為評估其能量消耗情況的主要依據，數據發送和轉發頻次越高的節點，能量消耗越大。

無線傳感器網絡數據溯源是對數據包從源發送節點經多個轉發節點最終傳至基站的傳輸過程的記錄、追溯與展示，在無線傳感器網絡中，為保證數據包的可溯源性，在數據包傳輸過程中，需記錄中途轉發節點的相關信息，以便在基站根據這些信息追溯數據包的傳輸過程，這些信息稱為溯源信息。由于根據溯源信息可追溯數據包在傳感器網絡中的傳輸過程，因而數據溯源提供了統計各傳感器節點轉發數據頻次的重要途徑，本發明正是根據這種統計結果，來評估無線傳感器網絡的節點能耗。

目前，無線傳感器網絡數據溯源技術已有很多研究成果，但利用溯源結果來監測傳感器節點的能耗情況尚未發現相關的研究。因此，本發明不僅提供了一種評估和監測傳感器節點的能耗的簡單有效的新方法，還為基于WSN數據溯源的應用技術研究開辟了新途徑。

發明內容

本發明所述基于數據溯源的WSN節點能量監測方法及系統，是指基站采用數據溯源技術，對所接收的數據包進行溯源，根據溯源結果來評估和監測所轄區域內各傳感器節點的能耗；