一种无线传感网中数据包路径重构方法技术

本发明专利技术公开了一种无线传感网中数据包路径重构方法，包括以下步骤：步骤一：利用无线传感网络的汇聚节点接收到的数据包中所有路径已知的数据包，对其中一个路径未知的数据包进行路径重构，并将路径重构后的数据包记为路径已知的数据包；步骤二：重复步骤一，直到没有数据包的路径能够被重构。本发明专利技术利用路径之间的相似性，通过已知的短路径，推导出与之相似的长路径。根据本发明专利技术方法，可以通过一个小的已知路径的包的集合，迭代地推导出汇聚节点收到的大部分数据包的路径，从而达到重构无线传感网的路由路径的目的。本发明专利技术方法与现有路径的推理方法比较，适应范围更广，重构的路径数更多，重构路径的准确率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种无线传感网中数据包路径重构方法
本专利技术属于无线自组织网络与传感器网络领域，涉及一种数据包路径的重构方法，用于在大型动态网络中重构每个数据包的路由路径。
技术介绍
随着通信、传感器制造、嵌入式计算的日益成熟，大规模无线传感器网络技术迅速发展并被广泛应用到环境、国防、救灾抢险、城市管理等诸多领域。在一个典型的无线传感网中，微型传感器节点感知数据，并通过无线通信以多跳中继方式周期性的将数据发送到汇聚节点，再由汇聚节点转发给数据处理中心。近年来，传感网络规模急剧增加，一些网络甚至包含上千个节点。不断扩大的网络规模以及动态的无线网络信道环境使得网络愈发复杂，难以管理。重构汇聚节点收到的数据包的路由路径是一种帮助我们理解网络的复杂的内部活动的有效的方法。目前已有一些测量诊断方法，可以根据数据包的路由路径信息对网络进行准确的、细粒度的分析。目前已有的一种数据包路径重构的方法是：每一个数据包记录自己的路径哈希值，汇聚节点收到数据包后，遍历所有可能的路径，找到一条与数据包的路径哈希值相同的路径，即为该数据包的路径。除此之外还有其他的一些重构路径的方法。但现有的这些方法，在应用到大规模、高密度、路由动态变化频繁的网络中时，性能会大幅度的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新的无线传感网中数据包路径重构方法。为实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下。本专利技术无线传感网中数据包路径重构方法包括以下步骤：步骤一：利用无线传感网络的汇聚节点接收到的数据包中所有路径已知的数据包，对其中一个路径未知的数据包进行路径重构，并将路径重构后的数据包记为路径已知的数据包；步骤二：重复执行步骤一，直到没有数据包的路径能够被重构。进一步地，在本专利技术中，汇聚节点接收到的每个数据包包含数据包的路径的起始两跳节点、数据包的真实的路径哈希值和数据包的路径的长度；在所述步骤一中，所述“利用无线传感网络的汇聚节点接收到的数据包中所有路径已知的数据包，对其中一个路径未知的数据包进行路径重构”的方法如下：针对其中一个路径未知的数据包Px，遍历路径已知的数据包Pn，如果找到一个满足以下三种情形之一的路径已知的数据包Pn，则表明该路径未知的数据包Px的路径被重构；如果没有找到满足以下三种情形之一的路径已知的数据包Pn，则表明该路径未知的数据包Px的路径没有被重构并执行步骤二；情形一：路径未知的数据包Px的路径长度减去路径已知的数据包Pn的路径长度的差值len为1，并且，由路径未知的数据包Px的起始节点和路径已知的数据包Pn的路径构成的第一新路径的哈希值与路径未知的数据包Px的真实的路径哈希值相同；情形二：路径未知的数据包Px的路径长度减去路径已知的数据包Pn的路径长度的差值len为1，并且，由路径未知的数据包Px的起始节点、父节点以及路径已知的数据包Pn的部分路径构成的第二新路径的哈希值与路径未知的数据包Px的真实的路径哈希值相同，所述部分路径是指路径已知的数据包Pn的路径去除掉起始节点后的路径；情形三：路径未知的数据包Px的路径长度减去路径已知的数据包Pn的路径长度的差值len为2，并且，由路径未知的数据包Px的起始节点、父节点和路径已知的数据包Pn的路径构成的第三新路径的哈希值与路径未知的数据包Px的真实的路径哈希值相同。进一步地，本专利技术使用以下公式(1)计算所述第一新路径的哈希值：式(1)中，hash(o(Px)，path(Pn))表示第一新路径的哈希值，o(Px)表示路径未知的数据包Px的起始节点的ID，o(Pn)表示路径已知的数据包Pn的起始节点的ID，path(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径，h(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径哈希值，f(A)是如式(2)所示的方程，式(2)中，A相应地表示无线传感网络中的路径未知的数据包Px的起始节点的ID或路径已知数据包Pn的起始节点的ID，α表示一个大于2m的素数，m表示无线传感网络中的汇聚节点接收到的数据包的真实路径哈希值的比特位数。进一步地，本专利技术使用以下公式(3)计算所述第二新路径的哈希值：式(3)中，hash(o(Px)，p(Px)，path(Pn)-o(Pn))表示第二新路径的哈希值，o(Px)表示路径未知的数据包Px的起始节点的ID，o(Pn)表示路径已知的数据包Pn的起始节点的ID，p(Px)表示路径未知的数据包Px的父节点的ID，p(Pn)表示路径已知的数据包Pn的父节点的ID，path(Pn)-o(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径去掉起始节点后的路径，h(Pn-o(Pn))表示路径已知的数据包Pn的路径去掉起始节点后的路径的哈希值，f(A)是如式(6)所示的方程：式(6)中，A相应地表示无线传感网络中的路径未知的数据包Px的起始节点的ID、路径未知的数据包Px的父节点的ID、或路径已知的数据包Pn的父节点的ID，α表示一个大于2m的素数，m表示无线传感网络中的汇聚节点收到的数据包的真实的路径哈希值的比特位数。进一步地，本专利技术使用以下公式(4)计算所述第三新路径的哈希值：式(4)中，hash(o(Px)，p(Px)，path(Pn))表示第三新路径的哈希值，o(Px)表示路径未知的数据包Px的起始节点的ID，o(Pn)表示路径已知的数据包Pn的起始节点的ID，p(Px)表示路径未知的数据包Px的父节点的ID，path(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径，h(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径的哈希值，f(A)是如式(7)的方程：式(7)中，A相应地表示无线传感网络中的路径未知的数据包Px的起始节点的ID、路径未知的数据包Px的父节点的ID、或路径已知的数据包Pn的起始节点的ID，α表示一个大于2m的素数，m表示无线传感网络中的汇聚节点收到的数据包的真实的路径哈希值的比特位数。进一步地，本专利技术在所述情形一至情形三中，按以下方法获得路径未知的数据包Px和路径已知的数据包Pn的真实哈希值：在数据包k的路径上的每一跳节点，数据包k的哈希值按以下公式(5)进行更新，式(5)中，k相应地表示路径未知的数据包Px或路径已知的数据包Pn，hi(k)表示数据包k在路径上的第i个节点的哈希值，hi-1(k)表示数据包k在路径上的第i-1个节点的哈希值，ni表示数据包k经过的路径上的第i个节点的ID，ni-1表示数据包k经过的路径上的第i-1个节点的ID，i＝1，2，...，n，n表示数据包k的路径总跳数，f(A)是如式(8)所示的方程：式(8)中，A表示无线传感网络中的数据包k经过的路径上的相应节点的ID，α表示一个大于2m的素数，m表示无线传感网络中的数据包k的真实的路径哈希值的比特位数。在本专利技术中，当优选m＝32时，在这种情况下发生冲突的概率很低。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在重构数据包的路径时，对于每一个路径未知的数据包，找到一个与其路径相似的路径已知的数据包，用该路径已知的数据包来重构路径未知的数据包的路径。根据这个方法，本专利技术可以通过一个小的已知路径的数据包的集合，迭代地推导出汇聚节点收到的大部分数据包的路径，从而达到重构传感网路由路径的目的。由此，与现有的方法相比，本专利技术重构的路径数更多，重构路径的准确率可达100％；而且，本专利技术有更广的适用范围，在网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感网络中数据包路径重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用无线传感网络的汇聚节点接收到的数据包中所有路径已知的数据包，对其中一个路径未知的数据包进行路径重构，并将路径重构后的数据包记为路径已知的数据包；步骤二：重复执行步骤一，直到没有数据包的路径能够被重构。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感网中数据包路径重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：利用无线传感网络的汇聚节点接收到的数据包中所有路径已知的数据包，对其中一个路径未知的数据包进行路径重构，并将路径重构后的数据包记为路径已知的数据包；步骤二：重复执行步骤一，直到没有数据包的路径能够被重构；汇聚节点接收到的每个数据包包含数据包的路径的起始两跳节点、数据包的真实的路径哈希值和数据包的路径的长度；在所述步骤一中，所述“利用无线传感网络的汇聚节点接收到的数据包中所有路径已知的数据包，对其中一个路径未知的数据包进行路径重构”的方法如下：针对其中一个路径未知的数据包Px，遍历路径已知的数据包Pn，如果找到一个满足以下三种情形之一的路径已知的数据包Pn，则表明该路径未知的数据包Px的路径被重构；如果没有找到满足以下三种情形之一的路径已知的数据包Pn，则表明该路径未知的数据包Px的路径没有被重构并执行步骤二；情形一：路径未知的数据包Px的路径长度减去路径已知的数据包Pn的路径长度的差值len为1，并且，由路径未知的数据包Px的起始节点和路径已知的数据包Pn的路径构成的第一新路径的哈希值与路径未知的数据包Px的真实的路径哈希值相同；情形二：路径未知的数据包Px的路径长度减去路径已知的数据包Pn的路径长度的差值len为1，并且，由路径未知的数据包Px的起始节点、父节点以及路径已知的数据包Pn的部分路径构成的第二新路径的哈希值与路径未知的数据包Px的真实的路径哈希值相同，所述部分路径是指路径已知的数据包Pn的路径去除掉起始节点后的路径；情形三：路径未知的数据包Px的路径长度减去路径已知的数据包Pn的路径长度的差值len为2，并且，由路径未知的数据包Px的起始节点、父节点和路径已知的数据包Pn的路径构成的第三新路径的哈希值与路径未知的数据包Px的真实的路径哈希值相同。2.根据权利要求1所述的无线传感网中数据包路径重构方法，其特征在于，使用以下公式(1)计算所述第一新路径的哈希值：式(1)中，hash(o(Px)，path(Pn))表示第一新路径的哈希值，o(Px)表示路径未知的数据包Px的起始节点的ID，o(Pn)表示路径已知的数据包Pn的起始节点的ID，path(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径，h(Pn)表示路径已知的数据包Pn的路径哈希值，f(A)是如式(2)所示的方程，式(2)中，A相应地表示无线传感网络中的路径未知的数据包Px的起始节点的ID或路径已知数据包Pn的起始节点的ID，α表示一个大于2m的素数，m表示无线传感网络中的汇聚节点接收到的数据包的真实路径哈希值的比特位数。3.根据权利要求1所述的无线传感网中数据包路径重构方法，其特征在于，使用以下公式(3)计算所述第二新路径的哈希值：式(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜佳俊，陈纯，董玮，高艺，刘晓瑾，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33