專利名稱：一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方 法。
背景技術(shù)：
無線網(wǎng)絡(luò)由于其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和無線鏈路的時(shí)變性，需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整，因此引入了拓?fù)?控制、動態(tài)頻譜分配等資源優(yōu)化技術(shù)，從而提供大容量、高可靠性的無線傳輸能力。然而這 些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)有賴于對無線網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)及其無線資源占用等信息的有效獲取，依靠 于無線網(wǎng)絡(luò)測量和認(rèn)知技術(shù)。IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers 美國電氣禾口 電子工 程師協(xié)會)工作組發(fā)布的802. Ilh和802. Ilk標(biāo)準(zhǔn)從物理層和MAC (Media Access Control 媒體訪問控制)子層分別詳細(xì)敘述了無線網(wǎng)絡(luò)的基本測量，包括空閑信道評估測量，接收 功率指數(shù)噪聲圖測量，Beacon(信標(biāo)幀)測量，信道負(fù)載測量，噪聲時(shí)間柱狀圖，節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)測 量，位置信息測量，鄰居節(jié)點(diǎn)測量，鏈路測量的具體實(shí)現(xiàn)過程。這些測量側(cè)重于底層協(xié)議的 參數(shù)測量，例如系統(tǒng)中的接受信號電平，接收信號質(zhì)量，載波干擾水平參數(shù)。測量方法從測 量信號和手段分類是1)被動的、直接的無線測量，通過AP點(diǎn)(Access Point，或稱為基站)獲取無線網(wǎng) 絡(luò)內(nèi)部信息，測量信息通過SNMP (Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié) 議)等協(xié)議通過有線方式傳輸?shù)椒治鲋行?，無需多余的設(shè)備來執(zhí)行測量任務(wù)，通過分析AP 點(diǎn)(基站)處的統(tǒng)計(jì)信息重點(diǎn)分析無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的用戶表現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)性能。無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的 AP點(diǎn)(基站)在其無線覆蓋區(qū)域內(nèi)被動收集來自移動站的主動業(yè)務(wù)，并測量多個(gè)層次的通 信質(zhì)量。隨著無線網(wǎng)絡(luò)的范圍擴(kuò)大和無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部用戶的增多，該無線測量方式受限于測 量節(jié)點(diǎn)地理位置，缺乏足夠的可伸展性。2)被動的、間接的無線測量，布置無線探測器獲取無線網(wǎng)絡(luò)信息。探測器在不影響 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況下，被動地捕獲無線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包，并以無線或有線方式傳輸?shù)椒治?中心。探測器和無線用戶的相對位置是影響探測器測量能力的關(guān)鍵因素，探測器的捕獲能 力和信息有效性成為無線網(wǎng)絡(luò)的研究重點(diǎn)。無線網(wǎng)絡(luò)中附加的探測器增加了測量成本，而 且獨(dú)立于無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備缺乏通信協(xié)議解析能力。3)主動的無線測量，無線網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間主動地發(fā)送Probes (探測幀)等測量 幀來測量和分析無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部在線業(yè)務(wù)的動態(tài)特性，例如端到端的丟包率、時(shí)延等。這種測 量方法還可以實(shí)現(xiàn)協(xié)議測量，判定“隱藏終端”。但是，過多的測量信息會增加無線網(wǎng)絡(luò)負(fù) 載，影響無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部測量的性能。認(rèn)知無線電的頻譜感知是目前無線測量技術(shù)研究重點(diǎn)，通過感知認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò) 的頻譜空穴，判斷空閑的頻譜資源，使得認(rèn)知無線電用戶采用機(jī)會頻譜接入的方式與使用 該頻譜資源的主用戶共存。單個(gè)認(rèn)知無線電用戶頻譜感知技術(shù)的研究已日趨成熟，例如匹 配濾波器檢測、能量檢測、循環(huán)平穩(wěn)特性檢測和小波檢測等。當(dāng)前認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)研究協(xié)同頻譜感知技術(shù)，聯(lián)合多個(gè)認(rèn)知無線電用戶的測量信息來檢測主用戶的存在，解決單 點(diǎn)檢測性能不高，避免隱藏暴露終端問題1)協(xié)同集中式頻譜感知研究，認(rèn)知無線電用戶感知目標(biāo)信道并上報(bào)感知結(jié)果到中 心控制器，由中心控制器處理感知結(jié)果并判決主用戶的存在。2)協(xié)同分布式頻譜感知研究，認(rèn)知無線電用戶感知目標(biāo)信道并相互交換感知結(jié) 果，獨(dú)立地判決主用戶的存在。目前，無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量研究側(cè)重于測量對象的分類和測量信息的融合，很少 考慮測量節(jié)點(diǎn)數(shù)量和位置對于測量性能的影響。從協(xié)同頻譜感知技術(shù)可知僅僅依靠增添 感知節(jié)點(diǎn)數(shù)目并不一定到達(dá)提升檢測概率的性能要求。馬里蘭大學(xué)的研究表明測量節(jié)點(diǎn)和 無線用戶的相對位置是影響測量節(jié)點(diǎn)的測量能力的重要因素。其中無線Mesh網(wǎng)絡(luò)不同于 采用有線骨干網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)，其在線測量不僅存在測量位置選擇問題，還有測量信息的通 信代價(jià)因素。因?yàn)闇y量信息實(shí)際上是在無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的無線信道中多跳傳輸，伴隨著測量 信息也增加了傳輸代價(jià)。這些測量信息在帶寬受限的網(wǎng)絡(luò)中傳輸可能發(fā)生碰撞、丟失和時(shí) 延等現(xiàn)象，從而阻礙了測量能力的無限制提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是解決無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇問題，在滿足 網(wǎng)絡(luò)所需的檢測概率前提下能減少測量報(bào)告的傳輸代價(jià)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征 在于A、無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的指令，判斷節(jié)點(diǎn)在測量系統(tǒng)中的工作模式， 被賦予測量控制中心功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為測量控制節(jié)點(diǎn)，被賦予測量數(shù)據(jù)處理中心功 能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，被賦予測量數(shù)據(jù)采集和傳輸功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)成為測量節(jié)點(diǎn)；B、測量節(jié)點(diǎn)完成針對無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部處于工作，休眠和停止工作狀態(tài)的被測量節(jié)點(diǎn) 的信息的獲??；C、測量控制節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)啟動在線測量任務(wù)，測量控制節(jié)點(diǎn)為被測量節(jié) 點(diǎn)選擇測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和測量節(jié)點(diǎn)，針對被測量節(jié)點(diǎn)分別形成無線測量網(wǎng)和測量信息傳 輸網(wǎng)；D、測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)獲得布置在被測量節(jié)點(diǎn)周圍的測量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臏y量信息，并 判斷被測量節(jié)點(diǎn)所處的工作狀態(tài)。所述步驟A中，測量控制中心功能由無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部具有測量控制功能的測量控制 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，測量數(shù)據(jù)處理中心功能由無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部具有測量數(shù)據(jù)處理功能的測量數(shù)據(jù)處理 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，測量數(shù)據(jù)采集和傳輸功能由無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部具有測量數(shù)據(jù)采集和傳輸功能的測量 節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)；所述步驟B中，針對被測量節(jié)點(diǎn)所發(fā)送的無線信號，不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn) 在被測量節(jié)點(diǎn)的無線信號發(fā)送覆蓋半徑范圍內(nèi)接收來自被測量節(jié)點(diǎn)的無線信號的參數(shù)值， 并將該參數(shù)值發(fā)送給測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)；所述步驟B中，針對被測量節(jié)點(diǎn)所接收的無線信號，不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)在被測量節(jié)點(diǎn)的無線信號的通信覆蓋半徑范圍內(nèi)接收到達(dá)被測量節(jié)點(diǎn)通信范圍的無線信 號的參數(shù)值，并將該參數(shù)值發(fā)送給測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)；所述步驟B中，針對被測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收的無線通信協(xié)議，不少于一個(gè)數(shù)量的 測量節(jié)點(diǎn)在被測量節(jié)點(diǎn)的無線通信覆蓋半徑范圍內(nèi)接收來自被測量節(jié)點(diǎn)的無線通信協(xié)議， 并將該通信協(xié)議值發(fā)送給測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)；所述步驟C中，無線測量網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)中的被測量節(jié)點(diǎn)和不少于一個(gè)數(shù)量的測量 節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成，測量節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)中具備無線測量功能的節(jié)點(diǎn)，測量節(jié)點(diǎn)的位置選擇原 則是使無線測量節(jié)點(diǎn)的無線測量信息采集能力最大化；所述步驟C中，測量信息傳輸網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)中的測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和不少于一個(gè) 數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成，測量節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)中具備傳輸能力的節(jié)點(diǎn)，測量節(jié)點(diǎn)的位置 選擇原則是使無線測量節(jié)點(diǎn)的無線測量信息傳輸能力最大化；所述步驟C中，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的位置選擇原則是以滿足測量信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò) 帶寬和時(shí)延指標(biāo)；所述步驟C中，測量點(diǎn)的位置選擇原則是以滿足測量信息采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)測量 數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和時(shí)延指標(biāo)優(yōu)化，以測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和被測量節(jié)點(diǎn)的 地理距離為焦距所構(gòu)成為橢圓線上尋找性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置，通過如下方程劃分 橢圓區(qū)域 其中，Nnode表示要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)量，Nellipse表示橢圓區(qū)域數(shù)量，dellipse表示 橢圓間隔，EiU, y)表示第i個(gè)橢圓區(qū)域，(x,y)表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，bmin表示最小短 半軸長，bmax表示最大短半軸長，P υ表示要求的空間相關(guān)度，rs表示被測量節(jié)點(diǎn)的通信覆 蓋半徑，ds,c表示被測量節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距。所述步驟C中，測量控制節(jié)點(diǎn)通過如下公式計(jì)算橢圓測量區(qū)域內(nèi)性能度量最優(yōu)的 測量節(jié)點(diǎn)位置 MeasureMulti node=Pddcost其中，P“表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的檢測概率，Pdd表示多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合檢測概率，
=Pdd □ CostCost表示測量報(bào)告的傳輸代價(jià)，Paccess表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入概率，h表示網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)的 平均跳數(shù)，φ,。表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距，dy表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)j與數(shù)據(jù)處 理節(jié)點(diǎn)的地理間距。所述步驟C中，測量控制節(jié)點(diǎn)按照從最小的橢圓區(qū)域到最大橢圓區(qū)域的順序，依 次從候選測量節(jié)點(diǎn)中選擇與該橢圓上最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)地理間距最小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，被選擇的 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)加入到測量節(jié)點(diǎn)集合，并從候選測量節(jié)點(diǎn)集合中剔除該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如果測量節(jié)點(diǎn) 集合的元素個(gè)數(shù)等于要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目，則停止節(jié)點(diǎn)選擇過程，發(fā)送廣播幀選擇執(zhí) 行測量任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；所述步驟D中，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)獲得布置在被測量節(jié)點(diǎn)無線覆蓋周圍內(nèi)測量節(jié) 點(diǎn)傳輸?shù)臒o線測量信息，首先依據(jù)雙向信道的無線信號序列之間的相關(guān)性，從每個(gè)測量節(jié) 點(diǎn)中篩選出雙向信道的無線信號序列組，獲得每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)無線感知范圍內(nèi)的雙向信道工 作狀態(tài)信息，其次在被測量節(jié)點(diǎn)無線工作范圍內(nèi)判斷不同測量節(jié)點(diǎn)所獲得的無線信號序列 之間的相關(guān)性，若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的單向信道的無線信號序列，則判斷處于不同測量 節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有單向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的雙向信道的無線信號序列 組，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有單向信道 的無線信號序列與雙向信道的無線信號序列組相關(guān)，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測 量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，該雙向信道對單向信道測量節(jié)點(diǎn)處于隱藏狀態(tài)；所述步驟D中，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)獲得布置在被測量節(jié)點(diǎn)周圍的測量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)?無線通信協(xié)議，首先依據(jù)無線通信協(xié)議判斷每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)無線感知范圍內(nèi)的雙向和單向信 道工作狀態(tài)信息，其次在被測量節(jié)點(diǎn)無線工作范圍內(nèi)判斷不同測量節(jié)點(diǎn)所獲得的雙向和單 向信道工作狀態(tài)，若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的單向信道，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被 測量節(jié)點(diǎn)有單向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的雙向信道，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間 的被測量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有單向信道與雙向信道的其中一個(gè)單向信道相 同，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，該雙向信道對單向信道測量 節(jié)點(diǎn)處于隱藏狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果為提供一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，通過劃分橢 圓區(qū)域的方式降低了節(jié)點(diǎn)選擇的計(jì)算復(fù)雜度；同時(shí)，通過選擇與橢圓區(qū)域上性能度量最優(yōu) 測量節(jié)點(diǎn)的地理間距最小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)集的方式，實(shí)現(xiàn)了在滿足網(wǎng)絡(luò)所需的檢測概率前提下 能減少測量報(bào)告的傳輸代價(jià)。


圖1為分布式無線網(wǎng)絡(luò)在線測量模型；圖2為無線網(wǎng)絡(luò)在線測量節(jié)點(diǎn)方法工作流程示意圖；圖3為單個(gè)測量節(jié)點(diǎn)位置圖；圖4為兩個(gè)測量節(jié)點(diǎn)位置圖；圖5為六個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)在線測量節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的性能度量；
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)地理位置問題，以滿足網(wǎng)絡(luò)所需的檢測概率為前提，提供了一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，降低計(jì)算復(fù)雜度，減少測量信息的 傳輸代價(jià)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下第一步，無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分別被賦予測量控制節(jié)點(diǎn)功能，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)功能， 測量數(shù)據(jù)采集和傳輸功能，針對被測量節(jié)點(diǎn)形成在線測量功能；第二步，無線測量控制節(jié)點(diǎn)采用網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)啟動在線測量任務(wù)；第三步，測量控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)在線測量任務(wù)、測量節(jié)點(diǎn)的位置信息、被測量節(jié)點(diǎn)的發(fā) 射功率和位置信息劃分橢圓測量區(qū)域，在橢圓測量區(qū)域內(nèi)計(jì)算性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位 置，并選擇距離性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置最近的實(shí)際測量節(jié)點(diǎn)；第四步，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)管理系統(tǒng)判斷自己是否需要執(zhí)行測量任務(wù)，如果是，則調(diào)整 自己的工作模式為測量模式；如果不是，則保持原工作模式不變。其中，無線網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)發(fā)起的在線測量任務(wù)由測量對象、測量持續(xù)時(shí)間、要求的 測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目組成。被測量節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的選擇原則是根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)負(fù) 載和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模綜合得出的。被測量節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋半徑、位置信息和其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置
息是根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的地理層協(xié)議得到的。第三步中所述的橢圓測量區(qū)域是數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)以自己和被測量節(jié)點(diǎn)的地理間距 為橢圓焦距，并以焦距中點(diǎn)為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，通過如下方程劃分的 其中，Nnode表示要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)量，Nellipse表示橢圓區(qū)域數(shù)量，dellipse表示 橢圓間隔，EiU, y)表示第i個(gè)橢圓區(qū)域，(x,y)表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，bmin表示最小短 半軸長，bmax表示最大短半軸長，P υ表示要求的空間相關(guān)度，rs表示被測量節(jié)點(diǎn)的通信覆 蓋半徑，ds,c表示被測量節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距。第三步所述的性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置是數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)通過如下公式在橢 圓測量區(qū)域內(nèi)計(jì)算得到的
其中，P“表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的檢測概率，Pdd表示多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合檢測概率，Cost表示測量報(bào)告的傳輸代價(jià)，Paccess表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入概率，h表示網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)的 平均跳數(shù)，φ,。表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距，dy表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)j與數(shù)據(jù)處 理節(jié)點(diǎn)的地理間距。測量控制節(jié)點(diǎn)按照從最小的橢圓區(qū)域到最大橢圓區(qū)域的順序，依次從候選測量節(jié) 點(diǎn)中選擇與該橢圓上最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)地理間距最小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，被選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)加入到 測量節(jié)點(diǎn)集合，并從候選測量節(jié)點(diǎn)集合中剔除該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如果測量節(jié)點(diǎn)集合的元素個(gè)數(shù) 等于要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目，則停止節(jié)點(diǎn)選擇過程，發(fā)送廣播幀選擇執(zhí)行測量任務(wù)的網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是實(shí)施例中一個(gè)分布式的無線網(wǎng)絡(luò)在線測量架構(gòu)，圖中S表示被測量節(jié)點(diǎn)，C 表示數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，Mx表示測量節(jié)點(diǎn)，對于本實(shí)施例中的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有以下 假設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分別被賦予測量控制節(jié)點(diǎn)功能，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)功能，測量數(shù) 據(jù)采集和傳輸功能，針對被測量節(jié)點(diǎn)形成在線測量功能；每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)Mx與被測量節(jié)點(diǎn)S為一跳距離，而每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)Mx與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn) C為多跳距離。歸一化坐標(biāo)中的位置信息，設(shè)置被測量節(jié)點(diǎn)S與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)C間距ds, c = 1 ；要求選擇的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目N = 6 ；路徑損耗因子α 0. 002/m ；能量檢測要求的虛警概率Pf = 0.01 ；無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入概率Pacxess = 0. 184 ；環(huán)境相關(guān)性參數(shù)η 0. 1204/m ；最大允許空間相關(guān)性度量P μ = 0. 2。參見圖2，本實(shí)施例在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法工作流程，包括步驟201，測量控制節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)啟動在線測量任務(wù)，測量任務(wù)由測量對象、 測量持續(xù)時(shí)間、要求的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目組成，手動配置或者由中心站發(fā)送廣播幀選擇被測量 節(jié)點(diǎn)和測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)。步驟202，存在一個(gè)判斷，該判斷為如果無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己被選擇為被測量 節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入步驟203 ；如果未被選擇，則進(jìn)入步驟204。步驟203，被測量節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送Beacon (信標(biāo))幀，該Beacon (信標(biāo))幀包含自己 的通信覆蓋半徑、位置信息。步驟204，存在一個(gè)判斷，該判斷為如果無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己未被選擇為測量 數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入步驟205 ；如果被選擇，則進(jìn)入步驟206。步驟205，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)廣播發(fā)送Beacon (信標(biāo))幀，該Beacon (信標(biāo))幀包 含自己的通信覆蓋半徑、位置信息。步驟206，既能接收到來自被測量節(jié)點(diǎn)Beacon (信標(biāo))巾貞，又能接收到來自測量數(shù) 據(jù)處理節(jié)點(diǎn)Beacon (信標(biāo))幀的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送自己的位置信息到測量控制節(jié)點(diǎn)。步驟207，測量控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)接收到的在線測量任務(wù)、測量節(jié)點(diǎn)的位置信息、被測量節(jié)點(diǎn)和測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率和位置信息劃分橢圓測量區(qū)域。所述橢圓測量區(qū)域是根據(jù)如下公式計(jì)算得到的 其中，Nnode表示要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)量，Nellipse表示橢圓區(qū)域數(shù)量，dellipse表示 橢圓間隔，EiU, y)表示第i個(gè)橢圓區(qū)域，(x,y)表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，bmin表示最小短 半軸長，bmax表示最大短半軸長，P ,,j表示要求的空間相關(guān)度，rs表示被測量節(jié)點(diǎn)的通信覆 蓋半徑，ds,e表示被測量節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距。步驟208，測量控制節(jié)點(diǎn)在橢圓測量區(qū)域內(nèi)計(jì)算性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置，并 通過如下公式得到 其中，P“表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的檢測概率，Pdd表示多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合檢測概率， Cost表示測量報(bào)告的傳輸代價(jià)，Paccess表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入概率，h表示網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)的 平均跳數(shù)，dw表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距，dy表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)j與數(shù)據(jù)處 理節(jié)點(diǎn)的地理間距。步驟209，測量控制節(jié)點(diǎn)按照從最小的橢圓區(qū)域到最大橢圓區(qū)域的順序，依次從候 選測量節(jié)點(diǎn)中選擇與該橢圓上最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)地理間距最小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，被選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點(diǎn)加入到測量節(jié)點(diǎn)集合，并從候選測量節(jié)點(diǎn)集合中剔除該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如果測量節(jié)點(diǎn)集合的 元素個(gè)數(shù)等于要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目，則停止節(jié)點(diǎn)選擇過程，發(fā)送廣播幀選擇執(zhí)行測量 任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。步驟210，存在一個(gè)判斷，該判斷為如果無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)自己被選擇為測量節(jié) 點(diǎn)，則進(jìn)入步驟210 ；如果未被選擇，則進(jìn)入步驟211。步驟211，測量節(jié)點(diǎn)調(diào)整自己的工作模式為測量模式，測量模式就是偵聽被測量節(jié) 點(diǎn)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)包。步驟212，非測量系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)保持自己的工作模式不變。在本發(fā)明中，測量控制功能在被測量節(jié)點(diǎn)和具有測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)功能的節(jié)點(diǎn)之 間選擇具有測量數(shù)據(jù)采和傳輸功能的節(jié)點(diǎn)，針對被測量節(jié)點(diǎn)分別形成無線測量網(wǎng)和測量信息傳輸網(wǎng)。在線測量功能針對被測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送無線信號，不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)在被測 量節(jié)點(diǎn)的無線信號發(fā)送覆蓋半徑范圍內(nèi)接收來自被測量節(jié)點(diǎn)的無線信號的參數(shù)值，并將該 參數(shù)值發(fā)送給測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)。在線測量功能針對被測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收的無線通信協(xié) 議，不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)在被測量節(jié)點(diǎn)的無線通信覆蓋半徑范圍內(nèi)接收來自被測量 節(jié)點(diǎn)的無線通信協(xié)議，并將該通信協(xié)議值發(fā)送給測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)。無線測量網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)中的被測量節(jié)點(diǎn)和不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成， 測量節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)中具備無線測量功能的節(jié)點(diǎn)，測量節(jié)點(diǎn)的位置選擇原則是使無線測量 節(jié)點(diǎn)的無線測量信息采集能力最大化。測量信息傳輸網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)中的測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn) 和不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成，測量節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)中具備無線傳輸能力節(jié)點(diǎn)， 測量節(jié)點(diǎn)的位置選擇原則是使無線測量節(jié)點(diǎn)的無線測量信息傳輸能力最大化。圖3顯示了在單橢圓區(qū)域上選擇無線網(wǎng)絡(luò)在線測量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)位置，得到了兩 個(gè)對稱的位置坐標(biāo)M1和M2，被測量節(jié)點(diǎn)S的位置坐標(biāo)為(_c，0)，數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)C的位置
坐標(biāo)為(c，0)，測量節(jié)點(diǎn)M的位置坐標(biāo)為(X(l，y0)且分布在橢圓
上，那么被測
量節(jié)點(diǎn)S與測量節(jié)點(diǎn)M的間距
測量節(jié)點(diǎn)M與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)C的間距 圖4顯示了在三個(gè)橢圓區(qū)域上選擇無線網(wǎng)絡(luò)在線測量節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)位置，得到了六 個(gè)最優(yōu)的位置坐標(biāo)Mi、M2、M3、M4、M5和M6，橢圓Emin、Ex和Emax是等間隔分布的，可以將最優(yōu)位 置近似的看作分布在穿過橢圓區(qū)域的割線F上。圖5顯示了被測量節(jié)點(diǎn)與測量節(jié)點(diǎn)間距與無線網(wǎng)絡(luò)在線測量系統(tǒng)性能度量的關(guān) 系，表明了最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置平衡了檢測概率和傳輸代價(jià)。對比隨機(jī)選擇算法，在同等計(jì)算復(fù)雜度情況下，本發(fā)明的方法可以獲得更高的性 能度量，在保證網(wǎng)絡(luò)需要的檢測概率前提下，減少測量報(bào)告的傳輸代價(jià)；而在同等性能度量 上，考慮到無線網(wǎng)絡(luò)的空間分布，隨機(jī)算法搜索選擇會導(dǎo)致比本發(fā)明的方法更高的計(jì)算復(fù) 雜度。
權(quán)利要求
本發(fā)明提供一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于A、無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的指令，判斷節(jié)點(diǎn)在測量系統(tǒng)中的工作模式，被賦予測量控制中心功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為測量控制節(jié)點(diǎn)，被賦予測量數(shù)據(jù)處理中心功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)，被賦予測量數(shù)據(jù)采集和傳輸功能的無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)成為測量節(jié)點(diǎn)；B、測量節(jié)點(diǎn)完成針對無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部處于工作，休眠和停止工作狀態(tài)的被測量節(jié)點(diǎn)的信息的獲?。籆、測量控制節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)啟動在線測量任務(wù)，測量控制節(jié)點(diǎn)為被測量節(jié)點(diǎn)選擇測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和測量節(jié)點(diǎn)，針對被測量節(jié)點(diǎn)分別形成無線測量網(wǎng)和測量信息傳輸網(wǎng)；D、測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)獲得布置在被測量節(jié)點(diǎn)周圍的測量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臏y量信息，并判斷被測量節(jié)點(diǎn)所處的工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟 C中，無線測量網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)中的被測量節(jié)點(diǎn)和不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成，測量 節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)中具備無線測量功能的節(jié)點(diǎn)，測量節(jié)點(diǎn)的位置選擇原則是使無線測量節(jié)點(diǎn) 的無線測量信息采集能力最大化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟C 中，測量信息傳輸網(wǎng)是無線網(wǎng)絡(luò)中的測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和不少于一個(gè)數(shù)量的測量節(jié)點(diǎn)之間 構(gòu)成，測量節(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)絡(luò)中具備傳輸能力的節(jié)點(diǎn)，測量節(jié)點(diǎn)的位置選擇原則是使無線測 量節(jié)點(diǎn)的無線測量信息傳輸能力最大化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟C 中，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的位置選擇原則是以滿足測量信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬和時(shí)延指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟 C中，測量點(diǎn)的位置選擇原則是以滿足測量信息采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的測量 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量和時(shí)延指標(biāo)優(yōu)化，以測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)和被測量節(jié)點(diǎn)的地理距離為焦距所構(gòu) 成為橢圓線上尋找性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置，通過如下方程劃分橢圓區(qū)域Nnode^ellipse2τ一 _ * ellipsea ellipse 二 “辦max ^minχ2、2 ， ^ν 5 5，(+'U2 +die . (Kin +U ，η 一 Is其中，Nn。de表示要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)量，Nell一表示橢圓區(qū)域數(shù)量，CUpse表示橢圓 間隔，EiU, y)表示第i個(gè)橢圓區(qū)域，(x,y)表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)，bmin表示最小短半軸 長，bmax表示最大短半軸長，P υ表示要求的空間相關(guān)度，rs表示被測量節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋半 徑，ds,c表示被測量節(jié)點(diǎn)與測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟C 中，測量控制節(jié)點(diǎn)通過如下公式計(jì)算橢圓測量區(qū)域內(nèi)性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置 其中，Pd,i表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i的檢測概率，Pdd表示多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合檢測概率，Cost表 示測量報(bào)告的傳輸代價(jià)，Pa。。_表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接入概率，h表示網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)的平均跳 數(shù)，(！“表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)i與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的地理間距，dy表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)j與數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn) 的地理間距。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟 C中，測量控制節(jié)點(diǎn)按照從最小的橢圓區(qū)域到最大橢圓區(qū)域的順序，依次從候選測量節(jié)點(diǎn)中 選擇與該橢圓上最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)物理間距最小的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，被選擇的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)加入到測 量節(jié)點(diǎn)集合，并從候選測量節(jié)點(diǎn)集合中剔除該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，如果測量節(jié)點(diǎn)集合的元素個(gè)數(shù)等 于要求參與的測量節(jié)點(diǎn)數(shù)目，則停止節(jié)點(diǎn)選擇過程，發(fā)送廣播幀選擇執(zhí)行測量任務(wù)的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟D 中，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)獲得布置在被測量節(jié)點(diǎn)無線覆蓋周圍內(nèi)測量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臒o線測量信 息，首先依據(jù)雙向信道的無線信號序列之間的相關(guān)性，從每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)中篩選出雙向信道 的無線信號序列組，獲得每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)無線感知范圍內(nèi)的雙向信道工作狀態(tài)信息，其次在 被測量節(jié)點(diǎn)無線工作范圍內(nèi)判斷不同測量節(jié)點(diǎn)所獲得的無線信號序列之間的相關(guān)性，若不 同測量節(jié)點(diǎn)有相同的單向信道的無線信號序列，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié) 點(diǎn)有單向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的雙向信道的無線信號序列組，則判斷處于不同測 量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有單向信道的無線信號序列與雙向 信道的無線信號序列組相關(guān)，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，該 雙向信道對單向信道測量節(jié)點(diǎn)處于隱藏狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，其特征在于所述步驟 D中，測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)獲得布置在被測量節(jié)點(diǎn)周圍的測量節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臒o線通信協(xié)議，首 先依據(jù)無線通信協(xié)議判斷每個(gè)測量節(jié)點(diǎn)無線感知范圍內(nèi)的雙向和單向信道工作狀態(tài)信息， 其次在被測量節(jié)點(diǎn)無線工作范圍內(nèi)判斷不同測量節(jié)點(diǎn)所獲得的雙向和單向信道工作狀態(tài)， 若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的單向信道，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有單向信 道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有相同的雙向信道，則判斷處于不同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有雙 向信道，若不同測量節(jié)點(diǎn)有單向信道與雙向信道的其中一個(gè)單向信道相同，則判斷處于不 同測量節(jié)點(diǎn)之間的被測量節(jié)點(diǎn)有雙向信道，該雙向信道對單向信道測量節(jié)點(diǎn)處于隱藏狀 態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無線網(wǎng)絡(luò)的在線測量節(jié)點(diǎn)選擇方法，包括測量控制節(jié)點(diǎn)啟動網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)配置被測量節(jié)點(diǎn)和測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)；被測量節(jié)點(diǎn)和測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)發(fā)送通信覆蓋半徑、位置信息到測量控制節(jié)點(diǎn)；其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送位置信息到測量控制節(jié)點(diǎn)；測量控制節(jié)點(diǎn)根據(jù)在線測量任務(wù)、測量節(jié)點(diǎn)的位置信息、被測量節(jié)點(diǎn)和測量數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)的通信覆蓋半徑和位置信息劃分橢圓測量區(qū)域；測量控制節(jié)點(diǎn)在橢圓測量區(qū)域內(nèi)計(jì)算性能度量最優(yōu)的測量節(jié)點(diǎn)位置，并選擇距離性能度量最優(yōu)測量節(jié)點(diǎn)位置最近的實(shí)際測量節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明在滿足無線網(wǎng)絡(luò)所需的檢測概率前提下能減少測量報(bào)告?zhèn)鬏敶鷥r(jià)。
文檔編號H04W24/08GK101917738SQ201010230319
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者姜建倫, 常穎華, 李寧, 胡松華, 胡致遠(yuǎn), 蔣陽, 黃東 申請人:重慶大學(xué)