专利名称：网络状态上报方法、检测方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种网络状态上报方法、检测方法、装置和系统。
背景技术：
无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，在工业、军事、环境、医疗等领域有着广泛应用前景。然而，作为一种分布式计算平台，其CPU速度、存储空间、电能和带宽等节点资源十分有限，无线传感器网络工作环境存在不可预测性，外界各种干扰(如，温度、振动、电磁等)因素容易引起网络出现射频冲突、时钟异步、电池耗尽、信号丢失和软件错误等故障，这将大大降低传感器节点的可靠性，削弱或失效无线传感器网络预定功能。及时地对网络各种异常状态做出诊断，寻找合理的容错控制方案，指导网络正常运行，对提高无线传感器网络的可靠性和鲁棒性具有重要的意义。目前，无线传感器网络的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。尽可能延长其使用寿命是近年来较热门的话题。无线传感器网络的使用寿命主要由节点的使用寿命决定。而无线传感器网络通常是运行在无人值守的、人类无法接近的、恶劣甚至危险的远程环境中，由于许多无法避免的因素影响，其节点会出现各种故障，这会降低或失去无线传感器网络预定的功能，甚至造成严重的损失乃致整个网络瘫痪。2002年生物学家借助无线传感器网络对某岛上的海燕生活习性进行了细微观测。 在岛上部署30个传感器节点，该网络运行20天后，已经有超过一半的节点完全失效了，可见节点的失效率很高。湿度传感器节点的传感部件(模块)和整个网络内的节点的失效情况都非常严重。鉴于此类情况的发生，无线传感器网络的设计必须考虑节点的故障诊断，尤其是对节点传感器部件的故障诊断。目前的无线网络诊断技术大部分是在网络中插入额外的控制信息数据包，依靠这些控制信息数据包来实时地检测网络状态，这种方式采用的是主动询问方式，通常是由网络中的特定节点发起控制信息数据包给每个节点，节点收到该控制信息数据包后向该特定节点反馈自身的状态，特定节点根据收到的反馈确定网络当前的状态，因此，这种主动询问的方式给网络带来较大的通信开支。尤其是在网络状态频繁发生变化的情况下，这些额外的通信开支增加了网络的负担。针对相关技术中主动询问方式确定网络状态的方法造成网络负担较重的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种网络状态上报方法、检测方法、装置和系统，以至少解决上述主动询问方式确定网络状态的方法造成网络负担较重的问题。根据本发明的一个方面，提供了一种网络状态上报方法，包括中间节点接收数据包；中间节点根据当前的网络状态对数据包进行标记；中间节点转发标记后的数据包。
其中，数据包携带有源节点标识和数据包序列号；中间节点根据当前的网络状态对数据包进行标记包括中间节点根据源节点标识判断数据包是否为源节点首次发送的数据包，如果是，检查数据包是否携带有其它节点的标记信息；如果检查结果为没有，中间节点将中间节点的标识写入数据包指定子域，并在本地数据结构中记录源节点标识和数据包序列号。其中，上述数据包还携带有最差链路质量和当前链路质量；上述中间节点根据源节点标识判断数据包是否为源节点首次发送的数据包之前，该方法还包括中间节点接收到数据包后，根据自身的链路质量更新数据包中的当前链路质量，并检测数据包中的最差链路质量是否大于更新后的当前链路质量；如果是，中间节点将最差链路质量所在子域的值标记为更新后的当前链路质量。上述数据包携带有数据包传输经过的跳数；上述中间节点根据当前的网络状态对数据包进行标记包括中间节点检查数据包不是源节点首次发送的数据包时，从本地数据结构查找源节点标识对应的数据结构条目；中间节点判断数据包中的数据包序列号与数据结构条目中的数据包序列号是否连续，如果连续，更新数据结构条目中的数据包序列号，并修改数据包中的跳数；如果不连续，在数据包中标记中间节点标识。根据本发明的另一方面，提供了一种网络状态检测方法，包括汇聚节点接收数据包；汇聚节点解析数据包，得到网络状态的标记信息；汇聚节点根据标记信息确定网络状态。其中，上述标记信息包括源节点标识、数据包序列号、中间节点标识、最差链路质量、当前链路质量和跳数；上述汇聚节点根据标记信息确定网络状态包括汇聚节点检查本地路径数据库中是否有与源节点对应的路径条目；如果没有，汇聚节点确定网络状态为源节点的拓扑信息未建立状态，在本地路径数据库中增加源节点条目，源节点条目包括中间节点的标识、跳数、数据包序列号和最差链路质量；如果有，汇聚节点根据标记信息生成网络状态初步报告，并根据标记信息更新源节点条目；汇聚节点统计指定周期内的网络状态初步报告，根据统计结果确定网络状态。其中，汇聚节点根据标记信息生成网络状态初步报告包括汇聚节点比较数据包中的序列号与本地路径数据库中源节点对应的序列号是否连续，如果不连续，生成丢包的错误报告，如果连续，生成成功传输报告；汇聚节点根据源节点条目确定数据包是否发生路径切换，如果是，生成路径切换报告；汇聚节点根据源节点条目生成源节点的最差链路质量报告。其中，汇聚节点根据统计结果确定网络状态包括汇聚节点根据统计的结果确定网络信息，其中，网络信息包括以下至少之一数据包的成功传输率、源节点的丢包率、有无路由切换和源节点对应的最差链路质量参数，以及源节点与相邻节点的最差链路质量相似度；汇聚节点根据网络信息，采用反向传播BP神经网络确定网络状态，其中，网络状态分为以下类别正常、物理损坏、软件冲突、网络阻塞和环境影响。其中，BP神经网络的确定过程包括汇聚节点设置隐层的BP神经网络，并设置隐层对应的激励函数，以及设置输出层函数；汇聚节点将接收的训练样本输入BP神经网络， 设置BP神经网络的输出与期望输出的误差平方和E
权利要求
1.一种网络状态上报方法，其特征在于，包括 中间节点接收数据包；所述中间节点根据当前的网络状态对所述数据包进行标记； 所述中间节点转发标记后的所述数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据包携带有源节点标识和数据包序列号；所述中间节点根据当前的网络状态对所述数据包进行标记包括 所述中间节点根据所述源节点标识判断所述数据包是否为源节点首次发送的数据包， 如果是，检查所述数据包是否携带有其它节点的标记信息；如果检查结果为没有，所述中间节点将所述中间节点的标识写入所述数据包指定子域，并在本地数据结构中记录所述源节点标识和所述数据包序列号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述数据包还携带有最差链路质量和当前链路质量；所述中间节点根据所述源节点标识判断所述数据包是否为源节点首次发送的数据包之前，所述方法还包括所述中间节点接收到数据包后，根据自身的链路质量更新所述数据包中的所述当前链路质量，并检测所述数据包中的所述最差链路质量是否大于更新后的所述当前链路质量；如果是，所述中间节点将所述最差链路质量所在子域的值标记为更新后的所述当前链路质量。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述数据包携带有所述数据包传输经过的跳数；所述中间节点根据当前的网络状态对所述数据包进行标记包括 所述中间节点检查所述数据包不是所述源节点首次发送的数据包时，从所述本地数据结构查找所述源节点标识对应的数据结构条目；所述中间节点判断所述数据包中的数据包序列号与所述数据结构条目中的数据包序列号是否连续，如果连续，更新所述数据结构条目中的数据包序列号，并修改所述数据包中的跳数；如果不连续，在所述数据包中标记所述中间节点标识。
5.一种网络状态检测方法，其特征在于，包括 汇聚节点接收数据包；所述汇聚节点解析所述数据包，得到网络状态的标记信息； 所述汇聚节点根据所述标记信息确定网络状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述标记信息包括源节点标识、数据包序列号、中间节点标识、最差链路质量、当前链路质量和跳数；所述汇聚节点根据所述标记信息确定网络状态包括 所述汇聚节点检查本地路径数据库中是否有与所述源节点对应的路径条目； 如果没有，所述汇聚节点确定网络状态为所述源节点的拓扑信息未建立状态，在所述本地路径数据库中增加所述源节点条目，所述源节点条目包括所述中间节点的标识、所述跳数、所述数据包序列号和所述最差链路质量；如果有，所述汇聚节点根据所述标记信息生成网络状态初步报告，并根据所述标记信息更新所述源节点条目；所述汇聚节点统计指定周期内的所述网络状态初步报告，根据统计结果确定网络状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述汇聚节点根据所述标记信息生成网络状态初步报告包括所述汇聚节点比较所述数据包中的序列号与所述本地路径数据库中所述源节点对应的序列号是否连续，如果不连续，生成丢包的错误报告，如果连续，生成成功传输报告；所述汇聚节点根据所述源节点条目确定所述数据包是否发生路径切换，如果是，生成路径切换报告；所述汇聚节点根据所述源节点条目生成所述源节点的最差链路质量报告。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述汇聚节点根据统计结果确定网络状态包括所述汇聚节点根据统计的结果确定网络信息，其中，所述网络信息包括以下至少之一 数据包的成功传输率、所述源节点的丢包率、有无路由切换和所述源节点对应的最差链路质量参数，以及所述源节点与相邻节点的最差链路质量相似度；所述汇聚节点根据所述网络信息，采用反向传播BP神经网络确定网络状态，其中，所述网络状态分为以下类别正常、物理损坏、软件冲突、网络阻塞和环境影响。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述BP神经网络的确定过程包括 所述汇聚节点设置隐层的BP神经网络，并设置隐层对应的激励函数，以及设置输出层函数；所述汇聚节点将接收的训练样本输入所述BP神经网络，设置所述BP神经网络的输出与期望输出的误差平方和E
10.一种网络状态上报装置，其特征在于，包括 接收模块，用于接收数据包；标记模块，用于根据当前的网络状态对所述数据包进行标记； 转发模块，用于转发标记后的所述数据包。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述标记模块包括判断单元，用于根据所述数据包中的源节点标识判断所述数据包是否为所述源节点首次发送的数据包；检查单元，用于所述判断单元的判断结果为是时，检查所述数据包是否携带有其它节点的标记信息；标记单元，用于所述检查单元的检查结果为没有时，将所述中间节点的标识写入所述数据包指定子域，并在本地数据结构中记录所述源节点标识和所述数据包的序列号。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，其中，所述标记模块还包括 链路质量检测单元，用于接收到数据包后，根据自身的链路质量更新所述数据包中的当前链路质量，并检测所述数据包中的最差链路质量是否大于更新后的所述当前链路质量；链路质量标记单元，用于所述链路质量检测单元的检测结果为是时，将所述最差链路质量所在子域的值标记为更新后的所述当前链路质量。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述标记模块还包括查找单元，用于所述判断单元的判断结果为否时，从所述本地数据结构查找所述源节点标识对应的数据结构条目；序列号判断单元，用于判断所述数据包中的数据包序列号与所述查找单元查找到的所述数据结构条目中的数据包序列号是否连续；跳数修改单元，用于所述序列号判断单元的判断结果为是时，更新所述数据结构条目中的数据包序列号，并修改所述数据包中的跳数；节点标记单元，用于所述序列号判断单元的判断结果为否时，在所述数据包中标记所述中间节点标识。
14.一种网络状态检测装置，其特征在于，包括 数据包接收模块，用于接收数据包；标记信息获取模块，用于解析所述数据包，得到网络状态的标记信息； 网络状态确定模块，用于根据所述标记信息确定网络状态。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述标记信息获取模块包括解析单元，用于解析所述数据包；标记信息提取单元，用于提取所述解析单元解析得到的标记信息，所述标记信息包括源节点标识、数据包序列号、 中间节点标识、最差链路质量、当前链路质量和跳数； 所述网络状态确定模块包括检查单元，用于检查本地路径数据库中是否有与所述数据包中的源节点对应的路径条目；第一状态确定单元，用于所述检查单元的检查结果为是时，确定网络状态为所述源节点的拓扑信息未建立状态；数据库修改单元，用于所述第一状态确定单元确定为所述源节点的拓扑信息未建立状态时，在所述本地路径数据库中增加所述源节点条目，所述源节点条目包括所述中间节点的标识、所述跳数、所述数据包序列号和所述最差链路质量；第二状态确定单元，用于所述检查单元的检查结果为否时，根据所述标记信息生成网络状态初步报告，并根据所述标记信息更新所述源节点条目；并统计指定周期内的所述网络状态初步报告，根据统计结果确定网络状态。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二状态确定单元包括比较子单元，用于比较所述数据包中的序列号与所述本地路径数据库中所述源节点对应的序列号是否连续；错误报告生成子单元，用于所述比较子单元的比较结果为不连续时，生成丢包的错误报告；成功传输报告生成子单元，用于所述比较子单元的比较结果为连续时，生成成功传输报告；路径切换报告生成子单元，用于根据所述源节点条目确定所述数据包是否发生路径切换，如果是，生成路径切换报告；链路质量报告生成子单元，用于根据所述源节点条目生成所述源节点的最差链路质量报告。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述第二状态确定单元包括网络信息确定子单元，用于根据统计的结果确定网络信息，其中，所述网络信息包括以下至少之一数据包的成功传输率、所述源节点的丢包率、有无路由切换和所述源节点对应的最差链路质量参数，以及所述源节点与相邻节点的最差链路质量相似度；网络状态确定子单元，用于根据所述网络信息确定子单元确定的网络信息，采用反向传播BP神经网络确定网络状态，其中，所述网络状态分为以下类别正常、物理损坏、软件冲突、网络阻塞和环境影响。
18.—种网络状态检测系统，其特征在于，包括中间节点和汇聚节点，其中所述中间节点包括权利要求10-13任一项所述的装置，所述汇聚节点包括权利要求14-17任一项所述的装置。
全文摘要
本发明公开了一种网络状态上报方法、检测方法、装置和系统。其中，网络状态上报方法包括中间节点接收数据包；中间节点根据当前的网络状态对数据包进行标记；中间节点转发标记后的数据包。网络状态检测方法包括汇聚节点接收数据包；汇聚节点解析数据包，得到网络状态的标记信息；汇聚节点根据该标记信息确定网络状态。根据本发明，解决了主动询问方式确定网络状态的方法造成网络负担较重的问题，进而延长了每个节点的使用寿命，优化了系统的性能。
文档编号H04W24/04GK102196481SQ20111015096
公开日2011年9月21日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者冀维臻, 刘传益, 刘惠, 李旋, 李晓军, 杜军朝, 薛涛, 贺文, 邓清哲, 郭江坤, 陈文婧 申请人:中兴通讯股份有限公司