专利名称：一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息控制技术领域，特别涉及一种无线传感网中干扰模型测量方法及
装直。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，无线传感网的应用愈加广泛。无线传感网最早出现在二十世纪70年代的美越战争中，近几年，随着传感器结点计算能力的提高和体积的减小，已有不少的无线传感网投入商业应用，如环境监测、医疗护理等领域。无线传感网是由大量 的传感器结点组成，传感器结点之间通过多跳的无线信号进行通信，当空间中有多个通信同时进行时，相互之间可能会产生干扰，导致传输的数据包的丢失。干扰模型刻画了无线传感网中干扰的存在情况。精确的干扰模型有利于一些上层网络协议的设计，如路由算法和信道调度。研究表明，以往经常被使用的干扰模型如基于跳数和基于距离的干扰模型与实际之间存在较大的误差，而PRR-SINR干扰模型则具有很高的精度。PRR(Packet ReceptionRatio)即数据包接收率，SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio)即信号与干扰加噪音比，PRR-SINR模型用SINR刻画了干扰的强度，从而刻画了干扰对数据包接收的影响。PRR-SINR模型具有以下几个特点=(I)PRR与SINR之间的关系与发送结点、干扰结点是哪些节点以及它们的发射功率、传输信道无关。(2)PRR-SINR模型存在一个转换区间，当SINR值在这个区间内变化时，PRR的值由0逐渐变化为I。(3)不同传感器结点在不同的时间或不同的地点测得的PRR-SINR模型是不同的。由以上PRR-SINR模型的几个特征可知，无线传感网中的每个结点需要通过实施地测量建立起自己的干扰模型。目前存在的PRR-SINR模型的测量方法有两中类型一种是主动的测量方法，当网络中的结点需要测量得到PRR-SINR模型时，暂停网络中的数据传输，选择一些结点同时传输一定数目的数据包，其他结点通过接收这些数据包测得对应的SINR和PRR值，重复上述过程，使得每个结点都能通过测得的SINR和PRR值建立其自己的干扰模型，主动测量的一种方法是每次随机选取一定数目的结点同时发送数据包；另一种是被动的测量方法，当网络是树形的拓扑结构时，要测量PRR-SINR模型的结点和会对其产生干扰的结点将它们在日常的数据传输中接收和发送数据包的时间戳发送给它们共同的父亲结点，由父亲结点计算出该结点的干扰模型。第一种方法的优点是随时可以为每个结点测量出其PRR-SINR模型，缺点是网络的开销较大；第二种方法的优点是网络的开销小，缺点是不能确保在一定时间内测得任意一个传感器结点的PRR-SINR模型。针对现有技术中主动的测量方法存在的问题，如何提供一种快速低开销的主动的测量方法构成为了无线传感网设计的重点，本方案提出一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置是信息控制技术领域目前急待解决的问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提出了一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择，本方案适用于任意一个静态的无线传感网，既能保证精度又能减少网络开销。为解决上述技术问题，本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的一种无线传感网中干扰模型测量方法，包括步骤一、对无线传感网进行系统初始化；步骤二、选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR ；步骤三、依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新；步骤四、依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。优选的，上述步骤一中，系统初始化即网络中所有结点都没有测得任何(SINR，PRR)点，PRR即数据包接收率，SINR即信号与干扰加噪音比。优选的，上述步骤二中，进一步包括将选取若干个有网络中的部分结点组成第一个结点集。优选的，上述进一步包括任选一个结点加入到此结点集中，当网络中只有一个结点发送数据包时，由于只有发送结点而没有干扰结点，其他结点不能测得SINR值，所以所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数M1=0。优选的，上述步骤三中，进一步包括将遍历网络中所有结点集以外的结点，计算如果将某个结点加入到这个结点集中后，所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数M2。优选的，上述步骤三中，进一步包括将选择M2值最大的那个结点，若有多个这样的结点，则任选一个，当其M2值大于Ml值时，将这个结点加入到结点集中，得到新的结点集，同时更新Ml的值，即M1=M2。优选的，上述步骤四进一步包括重复步骤三，直到当最大的M2值小于等于Ml值，说明将任意一个结点加入到当前的结点集，都不能使结点集满足的SINR区间的个数增加，则结点集中结点的选择结束，即一个结点集被选出来了。优选的，上述步骤四中，进一步包括如果网络中所有结点都能在每个SINR区间内测得至少一个(SINR，PRR)点，则对结点集的选择结束，否则重复步骤三和步骤四，选取下一个结点集。一种无线传感网中干扰模型测量装置，包括初始化单元、计算单元、选择单元及循环检测单元，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。优选的，上述初始化单元用于对无线传感网进行系统初始化。优选的，上述计算单元用于选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR。优选的，上述选择单元用于依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选、择和更新。优选的，上述循环检测单元用于依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。综上所述，本发明提 供了一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择，本方案适用于任意一个静态的无线传感网，既能保证精度又能减少网络开销。
图I为本方案为本方案PRR-SINR模型；图2为本发明一种无线传感网中干扰模型测量方法示意图；图3为本方案主动测量方法的框图；图4为本发明一具体实施例方法流程图；图5为本发明一种无线传感网中干扰模型测量装置示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供的一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择，本方案适用于任意一个静态的无线传感网，既能保证精度又能减少网络开销。为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。PRR (Packet Reception Ratio)即数据包接收率，SINR (Signal to Interferenceplus Noise Ratio)即信号与干扰加噪音比，PRR-SINR模型用SINR刻画了干扰的强度，从而刻画了干扰对数据包接收的影响。本发明的主要思路为设计一种主动测量的方法，选取若干个有网络中的部分结点组成的结点集。在每一轮中，一个结点集中的所有结点同时发送数据包，网络中的其他结点通过监听这些数据报测得其SINR值和对应的数据包接受率，当一个结点测得的(SINR，PRR)点在PRR-SINR模型中的转换区间分布足够多时，它可以建立起自己的干扰模型。选取的几个结点集依次发送数据包后，网络中的每个结点都可以测得其PRR-SINR模型。此外，为了确保每个结点可以快速高效地测得高精度的PRR-SINR模型，本方案将PRR-SINR模型的转换区间划分为几等分，测量时保证在每个划分后的SINR区间内都能测到至少一个(SINR，PRR)点。当结点测得的(SINR，PRR)点分布在转换区间外或者聚集在小范围内时，一是不利于PRR-SINR模型的建立，二是会造成网络开销的浪费。如图I所示，为本方案PRR-SINR模型。本发明实施例提供一种无线传感网中干扰模型测量方法，如图2所示，具体步骤包括
步骤一、对无线传感网进行系统初始化；具体而言，在本发明实施例中，本方案提供一种既能保证精度又能减少网络开销的集中式的测量方法，该方法适用于任意一个静态的无线传感网，在本方案中假设已知网络中所有结点的位置信息和发射功率其中，本方案中，系统初始化即网络中所有结点都没有测得任何(SINR，PRR)点，并准备计算选取第一个结点集。PRR(Packet Reception Ratio)即数据包接收率，SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio)即信号与干扰加噪音比。步骤二、选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR ；具体而言，在本发明实施例中，将选取若干个有网络中的部分结点组成第一个结点集。在每一轮中，一个结点集中的所有结点同时发送数据包，网络中的其他结点通过监听这些数据报测得其SINR值和对应的数据包接受率PRR。进一步的，在本方案中会将结点集初始化为空集，然后任选一个结点加入到此结点集中，当网络中只有一个结点发送数据包时，由于只有发送结点而没有干扰结点，其他结点不能测得SINR值，所以所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数Ml=O。步骤三、依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新；具体而言，在本发明实施例中，将遍历网络中所有结点集以外的结点，计算如果将某个结点加入到这个结点集中后，所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数M2。进一步的，将选择M2值最大的那个结点，若有多个这样的结点，则任选一个，当其M2值大于Ml值时，将这个结点加入到结点集中，得到新的结点集，同时更新Ml的值，即M1=M2。步骤四、依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。具体而言，在本发明实施例中，将重复上述步骤三，直到当最大的M2值小于等于Ml值，说明将任意一个结点加入到当前的结点集，都不能使结点集满足的SINR区间的个数增加，则结点集中结点的选择结束，即一个结点集被选出来了。进一步的，如果网络中所有结点都能在每个SINR区间内测得至少一个(SINR，PRR)点，则对结点集的选择结束，否则重复步骤三和步骤四，选取下一个结点集。此外，本发明一具体实施例如下首先，结合附图3讲解一下主动测量的方法。首先，系统需要已知一些外部信息，包括无线传感网中所有结点的位置信息和发射动率以及根据需要测得的PRR-SINR模型的精度确定好将转换区间等分的份数。然后，根据这些信息计算出同时发送数据包的结点集。当网络中的结点需要测量得到PRR-SINR模型时，暂停网络中的数据传输，按照计算出的结点集依次发送一轮数据包，所有结点根据接收数据包测得的(SINR，PRR)点建立起PRR-SINR模型。否则，网络进行日常的数据传输。附图4为本发明一具体实施例方法流程图，附图对本发明设计的计算结点集的算法进行详细说明，包括以下步骤(I)系统初始化，网络中所有结点都没有测得任何(SINR，PRR)点，即能被满足的、SINR区间的个数M1=0，下面计算选取的第一个结点集S ；(2)结点集S初始化为空集，然后任选一个结点加入到S中，当网络中只有一个结点发送数据包时，由于只有发送结点而没有干扰结点，其他结点不能测得SINR值，所以所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数Ml=O ；(3)遍历网络中所有结点集S以外的结点，计算如果将某个结点k加入到这个结点集中后，所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数M2 (k)；(4)另M2 (k)的最大值为M2，当其M2>M1值时，选择一个M2 (k)值等 于M2的结点加入到结点集中，得到新的结点集S，同时更新Ml的值，即M1=M2 ；(5)重复步骤(3)和(4)，直到当M2值小于等于Ml值，说明将任意一个结点加入到当前的结点集，都不能使结点集满足的SINR区间的个数增加，则结点集中结点的选择结束，即一个结点集被选出来了 ；(6)若PRR-SINR模型的测量要求满足，则算法结束，否则重复步骤(2) (3) (4)
(5)，选取下一个结点集。PRR-SINR模型的测量要求即每个结点在将转换区间等分后的每个SINR区间内都能测得至少一个(SINR，PRR)点。另外，本发明实施例还提供了一种无线传感网中干扰模型测量装置。如图5所示，为本发明实施例提供的一种无线传感网中干扰模型测量装置示意图。一种无线传感网中干扰模型测量装置，包括初始化单元11、计算单元22、选择单元33及循环检测单元44。初始化单元11，用于对无线传感网进行系统初始化；具体而言，在本发明实施例中，本方案提供一种既能保证精度又能减少网络开销的集中式的测量方法，该方法适用于任意一个静态的无线传感网，在本方案中假设已知网络中所有结点的位置信息和发射功率其中，本方案中，系统初始化即网络中所有结点都没有测得任何(SINR，PRR)点，并准备计算选取第一个结点集。PRR(Packet Reception Ratio)即数据包接收率，SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio)即信号与干扰加噪音比。计算单元22，用于选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR ；具体而言，在本发明实施例中，将选取若干个有网络中的部分结点组成第一个结点集。在每一轮中，一个结点集中的所有结点同时发送数据包，网络中的其他结点通过监听这些数据报测得其SINR值和对应的数据包接受率PRR。进一步的，在本方案中会将结点集初始化为空集，然后任选一个结点加入到这个结点集中，当网络中只有一个结点发送数据包时，由于只有发送结点而没有干扰结点，其他结点不能测得SINR值，所以所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数Ml=O。选择单元33，用于依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新；具体而言，在本发明实施例中，将遍历网络中所有结点集以外的结点，计算如果将某个结点加入到这个结点集中后，所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数M2。进一步的，将选择M2值最大的那个结点，若有多个这样的结点，则任选一个，当其M2值大于Ml值时，将这个结点加入到结点集中，得到新的结点集，同时更新Ml的值，即M1=M2。循环检测单元44，用于依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。具体而言，在本发明实施例中，将重复上述步骤三，直到当最大的M2值小于等于Ml值，说明将任意一个结点加入到当前的结点集，都不能使结点集满足的SINR区间的个数增加，则结点集中结点的选择结束，即一个结点集被选出来了。进一步的，如果网络中所有结点都能在每个SINR区间内测得至少一个(SINR，PRR)点，则对结点集的选择结束，否则重复步骤三和步骤四，选取下一个结点集。本发明实施例的计算选择哪些结点集发送数据包的算法的时间复杂度是多项式时间的，说明本测量方法适用于规模大、结点数目多的无线传感网。本发明设计的是主动测量的测量方法，可以在任何时间实施这个方法，从而在需要时测得PRR-SINR模型。本发明通过合理安排同时发送数据包的结点集，在保证测得的PRR-SINR模型具有一定精度的前提下，可以快速低耗的为网络中的每个结点建立起干扰模型。本发明适用于任意一个静态的无线传感网，通过仿真实验的实验结果证明了本发明的可靠性和优越性。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。综上所述，本文提供了一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择，本方案适用于任意一个静态的无线传感网，既能保证精度又能减少网络开销。以上对本发明所提供的一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方案；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种无线传感网中干扰模型测量方法，其特征在于，所述方法包括 步骤一、对无线传感网进行系统初始化； 步骤二、选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR ； 步骤三、依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新； 步骤四、依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，系统初始化即网络中所有结点都没有测得任何(SINR，PRR)点，PRR即数据包接收率，SINR即信号与干扰加噪音比。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，进一步包括将选取若干个 有网络中的部分结点组成第一个结点集。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所属步骤二中，进一步包括任选一个结点加入到此结点集中，当网络中只有一个结点发送数据包时，由于只有发送结点而没有干扰结点，其他结点不能测得SINR值，所以所有结点能测得(SINR，PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数Ml=O。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，进一步包括将遍历网络中所有结点集以外的结点，计算如果将某个结点加入到这个结点集中后，所有结点能测得(SINR, PRR)点落在某个SINR区间内的SINR区间的个数M2。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤三中，进一步包括将选择M2值最大的那个结点，若有多个这样的结点，则任选一个，当其M2值大于Ml值时，将这个结点加入到结点集中，得到新的结点集，同时更新Ml的值，即M1=M2。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤四进一步包括重复步骤三，直到当最大的M2值小于等于Ml值，说明将任意一个结点加入到当前的结点集，都不能使结点集满足的SINR区间的个数增加，则结点集中结点的选择结束，即一个结点集被选出来了。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤四中，进一步包括如果网络中所有结点都能在每个SINR区间内测得至少一个(SINR，PRR)点，则对结点集的选择结束，否则重复步骤三和步骤四，选取下一个结点集。
9.一种无线传感网中干扰模型测量装置，其特征在于，所述装置包括初始化单元、计算单元、选择单元及循环检测单元，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述初始化单元用于对无线传感网进行系统初始化。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计算单元用于选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述选择单元用于依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述循环检测单元用于依据判断规则进行循环检测， 直到完成对结点集的选择。
全文摘要
本发明提供了一种无线传感网中干扰模型测量方法及装置，通过对无线传感网进行系统初始化，然后选取无线传感网中部分结点形成第一个结点集，通过获取结点发送的数据计算SINR值和对应的数据包接受率PRR，接着依据结点测得SINR区间内的SINR区间的个数进行选择和更新，最终依据判断规则进行循环检测，直到完成对结点集的选择，本方案适用于任意一个静态的无线传感网，既能保证精度又能减少网络开销。
文档编号H04W40/24GK102752785SQ201210234558
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月6日 优先权日2012年7月6日
发明者刘通, 朱燕民 申请人:上海交通大学