一种无线传感器网络分析方法技术

一种无线传感器网络分析方法属于无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络分析方法。本发明专利技术提供一种稳定性好、显示直观的无线传感器网络分析方法。本发明专利技术包括模型部分，完成系统的数据处理和业务逻辑、定义系统处理的数据模型，包括IEEE 802.15.4标准定义的四大类帧格式：信标帧、数据帧、确认帧和命令帧，其中命令帧分为关联请求、关联响应、解关联通知、数据请求、PAN ID冲突通知、孤立通知、信标请求、协调器重排列和GTS请求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线传感器网络
，尤其涉及。
技术介绍
无线传感器网络（简称传感网）是由部署在监测区域内大量的具有数据采集和处 理功能的微型传感器节点组成，通过无线通信的方式形成的一个多跳自组织网络，以实现 协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息。无线传感器网络能够广泛应用 于军事安防、管网检测、环境监测和预测、工业控制、空间探索、医疗护理、智能家居、智能交 通和智能城市等领域，将在国民经济各个领域中扮演越来越重要的作用，近年来，随着计算 机技术和信息技术的发展，无线通信技术已经应用到人们生活和工作的各个方面。在此基 础上，由IEEE802. 15. 4协议发展而来的ZigBee技术更是获得众多厂商以及国内外科研机 构的青睐。 由于无线传感器网络数据的不可见性和非直观性，目前的研究者多采用仿真模拟 的方式测试网络协议和程序，该方法虽然在一定程度上方便可行，但是不能完全体现真实 环境中无线传感器网络的工作状态。从而导致仿真结果与实际情况存在较大误差。这也是 现阶段研究无线传感器网络及相关协议的一大障碍。
技术实现思路
本专利技术就是针对上述问题，提供一种稳定性好、显示直观的无线传感器网络分析 方法。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，本专利技术包括模型部分，完成系统的数 据处理和业务逻辑、定义系统处理的数据模型，包括IEEE 802. 15. 4标准定义的四大类帧格 式：信标帧、数据帧、确认帧和命令帧，其中命令帧分为关联请求、关联响应、解关联通知、数 据请求、PAN ID冲突通知、孤立通知、信标请求、协调器重排列和GTS请求； 视图模块负责数据的显示，包括显示解析后的数据帧信息、实时显示无线传感器 网络拓扑结构以及无线传感器各节点信道资源分配显示； 数据处理流程：软件启动后，首先配置串口参数并与采集硬件建立连接，然后软件 接收采集硬件发送的数据并将这些数据进行封装等待下一步的处理，封装后的数据帧进入 Model模块线程池中的消息队列等待空闲线程进行分析处理，分析后的数据由控制器分发 往各个界面进行显示。 作为一种优选方案，本专利技术所述数据处理流程，数据进入系统后首先被封装成 MessageModel类型，MessageModel类中定义获取帧格式、帧的到达时间、帧的源地址目的 地址、帧载荷以及帧头控制字段，Model部分针对IEEE 802. 15. 4标准定义四大类帧：信标 帧、数据帧、确认帧和命令帧，以及命令帧细分的关联请求、关联响应、解关联通知、数据请 求、PAN ID冲突通知、孤立通知、信标请求、协调器重排列和GTS请求。（如图5所示） 作为另一种优选方案，本专利技术所述数据进入Model模块后，首先被复制成两份，其 中一份进入View(视图）模块进行显示；另一份被放入消息队列中等待线程处理，然后系统 从线程池中取出一个空闲线程，该线程从消息队列取出一个消息进行处理，获取帧的数量、 比例以及网络拓扑结构分析； 获取帧的数量和比例：对于每种帧设置一个int型变量，每到达一个消息，对其进 行分析得出帧类型后，将相应的变量加1，然后将该变量除以全部帧的数量即得到该帧的比 例； 网络拓扑结构分析：根据IEEE802. 15.4协议规定，无线传感器节点申请入网时需 向协调器节点发送"关联请求"帧，协调器节点收到关联请求后，如果同意入网就向申请入 网节点发送"关联响应"帧。 作为另一种优选方案，本专利技术所述视图模块的拓扑结构图入网节点V，与V相关 的节点为两种，一种是关键节点，一种是普通节点，图形框架F 1 = (G1, Q1),图形单元G1 = (Vi, Ei);施加在节点V中的力的总和为： 在公式（1)中，fuv代表V的邻节点对V施加力的情况，即弹簧施加力的情况；g uv 和huv分别是节点V周围的普通节点和关键节点对V施加的万有引力；度值大于10的节点 为关键节点，度值小于10的节点为普通节点； 用d(p，q)代表点p，q之间的距离（欧几里得距离）并且用Pv = (xv，yv)代表节 点V的坐标，由公式（1)可知，节点V的X方向受力的合力是： Iuv是弹簧的自然长度，也就是当节点V与其邻节点间受到的弹簧合力为0时，弹 簧的长度； 当节点U是普通节点时,节点U和节点V之间的万有引力系数是, 当节点u是关键节点时，节点u和节点V之间的万有引力系数是， 作为一种优选方案，本专利技术所述节点V受到的f (V)分为X，y两个方向上的分力 Δχ (V)和Ay (V)，二者分别是随着界面刷新节点V在x，y方向上移动的距离， fx (V) = m(V) ax (V) ;m(V)是节点V的质量，ax (V)是节点V的加速度，每一个节点 都具有同样的质量1，那么ax(v) = fx(v); 节点v的初始化速度是0,即节点v在第一个可视化步骤Di+1中的初始化速度是0， 那么在X的运动方向上，节点V在t时刻的运动速度为： 这里t。= 0, h = ?〇+Δ t，. . .，tj = tj i+Δ t，当Δ t非常小时，将节点v在时间段 内的加速度看成一个常量ax(tj D ;那么在时间段内，节点V在X方向上 的速度为： V (t j) = V (t j i) +ax (t j i) Δ t (8) 位移为： 作为一种优选方案，本专利技术所述Δ t = 0. 2 作为一种优选方案，本专利技术所述u，v之间的距离为70图形单元格。 作为另一种优选方案，本专利技术所述在本套虚拟仪器实现中， 作为另一种优选方案，本专利技术所述在本套虚拟仪器实现中， 作为另一种优选方案，本专利技术所述At = 0. 2。 作为另一种优选方案，本专利技术所述 作为另一种优选方案，本专利技术所述模型部分还维护一个消息队列和线程池，数据 进入该模块后，首先被放入消息队列中等待线程处理，然后系统从线程池中取出一个空闲 线程，该线程从消息队列取出一个消息进行处理，获得帧的类型、帧中各字段的详细信息。 其次，本专利技术所述视图模块的Links接口包括显示消息showMessage、添加节点 addNode、重启restart部分，一控制模块控制视图模块的视图更新。 另外，本专利技术所述视图模块包括 MessageView、NetworkView、TimeSeriesView、 BandWidthView部分，当串口接收到数据或者根据串口数据判断无线传感器网路拓扑结构 发生改变时，全局控制器LinkManager轮询访问各主视图界面，各界面进行相应的更新或 修改。 本专利技术有益效果。 本专利技术完成各种测试和测量的应用，具有单一硬件数据采集，多种形式数据表现， 统计手段多样化，分析方法多样化的特点。本专利技术将数据的显示、逻辑处理和控制部分分成 独立的模块，使数据的输入、处理和显示分开，提高了系统的稳定性、可维护性和扩展性。 本专利技术通过对接收到的数据进行分析，能够得到无线传感器网络的多种信息 (如：各种帧的时序图及所占的比例、帧中各字段的详细信息和网络的整体拓扑结构）并将 这些信息直观、实时地显示出来。因此，使得研究人员能够直观准确地得到网络的数据而不 必借助仿真工具，减少了研究实验的误差。 本专利技术视图模块的拓扑结构图入网节点绘制方法，能够美观、准确地显示无线传 感器网络的拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络分析方法，其特征在于包括模型部分，完成系统的数据处理和业务逻辑、定义系统处理的数据模型，包括IEEE 802.15.4标准定义的四大类帧格式：信标帧、数据帧、确认帧和命令帧，其中命令帧分为关联请求、关联响应、解关联通知、数据请求、PAN ID冲突通知、孤立通知、信标请求、协调器重排列和GTS请求； 视图模块负责数据的显示，包括显示解析后的数据帧信息、实时显示无线传感器网络拓扑结构以及无线传感器各节点信道资源分配显示； 数据处理流程：软件启动后，首先配置串口参数并与采集硬件建立连接，然后软件接收采集硬件发送的数据并将这些数据进行封装等待下一步的处理，封装后的数据帧进入Model模块线程池中的消息队列等待空闲线程进行分析处理，分析后的数据由控制器分发往各个界面进行显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林川，崔岚清，朱剑，张均，刘铮，徐久强，毕远国，
申请(专利权)人：赵海，
类型：发明
国别省市：辽宁;21