無線傳感網(wǎng)絡中被動監(jiān)測關鍵技術研究.pdf

1、在無線傳感網(wǎng)絡實際應用中，網(wǎng)絡通常部署于難以掌控或者條件惡劣的環(huán)境當中，如危險區(qū)域遠程控制。在應用現(xiàn)場部署階段、以及網(wǎng)絡長期運行過程中，網(wǎng)絡服務質(zhì)量和系統(tǒng)運行狀況在節(jié)點故障、節(jié)點能量狀況、周邊物理環(huán)境的改變等多種因素影響下，導致網(wǎng)絡中局部節(jié)點故障和網(wǎng)絡工作不正常，從而影響到網(wǎng)絡的可靠性和實際應用效果。從開發(fā)者的角度來說，網(wǎng)絡部署和調(diào)試是件消耗人力、資源，非常復雜的事情，而且隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增大，在真實場景中部署網(wǎng)絡遇到越來越多不可預測的問

2、題。使用網(wǎng)絡監(jiān)測工具實時監(jiān)測網(wǎng)絡運行狀況、診斷網(wǎng)絡故障和分析網(wǎng)絡性能，保證網(wǎng)絡應用正常運行。
　　 被動監(jiān)測是在原有傳感網(wǎng)絡外部搭建監(jiān)測節(jié)點和監(jiān)測網(wǎng)絡，被動嗅探網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。被動監(jiān)測最大的優(yōu)點是不占用傳感網(wǎng)絡中的任何資源，對被監(jiān)測網(wǎng)絡造成的影響較小。但被動監(jiān)測方法受到以下三個方面限制：(1)監(jiān)測節(jié)點功耗低，通信范圍有限，單個監(jiān)測節(jié)點只能抓取到自身一定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)包，只能反映一個區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡的狀況；(2)由于監(jiān)測節(jié)點資源有限，

3、監(jiān)測節(jié)點不能抓取到通信范圍內(nèi)的所有的數(shù)據(jù)包，監(jiān)測節(jié)點漏聽數(shù)據(jù)包導致監(jiān)測記錄不完整；(3)監(jiān)測記錄直接提供的信息有限，對于網(wǎng)絡性能評估、故障診斷等分析工具還需要推斷隱含信息，如判斷監(jiān)聽到的數(shù)據(jù)包是否被目的節(jié)點接收。如何提高監(jiān)測記錄的完整性和可利用性是被動監(jiān)測需要解決的主要問題。本文對無線傳感網(wǎng)絡中被動監(jiān)測關鍵技術進行研究和分析，并提出了相應的解決方案。主要包括以下內(nèi)容：
　　 (1)提出了監(jiān)測記錄合并算法。在網(wǎng)絡的不同地方放置多個

4、監(jiān)測節(jié)點，然后將所有監(jiān)測節(jié)點的數(shù)據(jù)記錄合并起來，可以從全局上對整個網(wǎng)絡進行分析。這種方法啟發(fā)自WLAN中的被動監(jiān)測系統(tǒng)，目前已經(jīng)有一些無線傳感網(wǎng)絡中的被動監(jiān)測系統(tǒng)考慮到這個問題，提出了一些優(yōu)秀的解決方案，但普遍存在兩個方面的問題：第一，合并的準確性，現(xiàn)有的合并算法并沒有很好的解決時鐘漂移問題，影響了合并的準確性；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，不適用于實時監(jiān)測。本文提出了實時、高效、精確的記錄合

5、并算法，經(jīng)實驗驗證，合并算法很大程度上提高了監(jiān)測記錄的完整性。
　　 (2)提出了基于有限自動狀態(tài)機的數(shù)據(jù)推理算法。根據(jù)協(xié)議交換規(guī)則構建有限狀態(tài)機，推理監(jiān)測節(jié)點漏昕的數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包的接收情況，提高監(jiān)測數(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)議進行了狀態(tài)機的實現(xiàn)和驗證。實驗表明在監(jiān)測節(jié)點監(jiān)聽到網(wǎng)絡中50％以上數(shù)據(jù)包時，推理后的監(jiān)測記錄可以增加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。<