一種基于連通性的wsn空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，屬于無線傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，本方法首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建跨度最大且相互垂直的第一條最短路徑和第二條最短路徑，同時確定各路徑下其他節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性；然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來確定各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特性來確定各路徑下的邊界節(jié)點(diǎn)；最后對各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行整合。本發(fā)明不僅能在保證檢測準(zhǔn)確度不下降的前提下，簡化檢測算法，降低網(wǎng)絡(luò)通信量，而且算法的普適性高。
【專利說明】—種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種WSN空洞節(jié)點(diǎn)的檢測方法，屬于無線傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、無線傳輸功能的低成本無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò)，其研究方向包括:定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、同步技術(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)融合技術(shù)等。
[0003]由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織動態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，其節(jié)點(diǎn)能量受限，并且受到節(jié)點(diǎn)部署方式、工作環(huán)境制約以及通信信號不穩(wěn)定的影響，整個網(wǎng)絡(luò)在部署和運(yùn)行階段網(wǎng)絡(luò)中的部分節(jié)點(diǎn)之間的通信受阻，容易形成網(wǎng)絡(luò)空洞，網(wǎng)絡(luò)空洞是指在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，某一區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的通信受到了阻礙，這一區(qū)域稱為網(wǎng)絡(luò)空洞區(qū)域，也稱作網(wǎng)絡(luò)空洞，處于網(wǎng)絡(luò)空洞邊邊緣的節(jié)點(diǎn)稱之為網(wǎng)絡(luò)空洞邊界節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)空洞不但影響網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)傳輸路由的有效性，同時網(wǎng)絡(luò)空洞對定位、數(shù)據(jù)融合都有重要影響，如網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)(網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)是指處于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)邊緣的節(jié)點(diǎn)稱作網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)，簡稱網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn))的定位會比其他節(jié)點(diǎn)普通節(jié)點(diǎn)的定位更為困難，其定位準(zhǔn)確性與精確度得不到有效保障，嚴(yán)重影響了整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位水平，因此分析和檢測空洞節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。
[0004]目前，網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)的檢測在工作原理上分為三類:基于地理位置信息的檢測算法、基于統(tǒng)計(jì)信息的檢測算法和基于拓?fù)湫畔⒌臋z測算法，這三類檢測算法的實(shí)現(xiàn)機(jī)制不同，基于地理信息的邊界節(jié)點(diǎn)檢測算法中，需要獲取每個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，一般而言其檢測精度可以通過提高硬件成本得到保證，基于統(tǒng)計(jì)信息的空洞節(jié)點(diǎn)檢測算法利用空洞節(jié)點(diǎn)與非邊界節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)度差別，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法確定節(jié)點(diǎn)是否在空洞邊界，其實(shí)現(xiàn)方法簡單，運(yùn)算、通信成本較低，但是其在網(wǎng)絡(luò)普適性上較差，在均分布網(wǎng)絡(luò)中，表現(xiàn)較為良好，但是在各向異性網(wǎng)絡(luò)了中，檢測誤差較大；基于拓?fù)湫畔⒌臋z測算法定位精度較好，能夠檢測多種網(wǎng)絡(luò)中多個空洞邊界節(jié)點(diǎn)，在各向異性網(wǎng)絡(luò)中也有較好的表現(xiàn)，得到眾多研究者的關(guān)注。
[0005]文獻(xiàn):Doherty L.Algorithms for position and data recovery in wirelesssensor networks[D].Department of Electrical Engineering and ComputerSciences, University of California, 2000。在該文獻(xiàn)中，Qing Fang 等人為了建立路由提出了 B0UNDH0LE洞節(jié)點(diǎn)檢測算法。B0UNDH0LE算法通過陷入節(jié)點(diǎn)陷入方向?qū)ふ揖W(wǎng)絡(luò)空洞的邊界節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)算過程需要每個節(jié)點(diǎn)通過單跳節(jié)點(diǎn)關(guān)系和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)關(guān)系，在大型分布式或集中式計(jì)算的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能夠很好的工作，但是也存在不足，基于地理信息的邊界節(jié)點(diǎn)檢測算法中，需要獲取每個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，其實(shí)現(xiàn)成本較高。
[0006]文獻(xiàn)；FanZ, Chen Y, Wang L, et al.Removing Heavily Curved Path:1mprovedDV-Hop Localization in Anisotropic Sensor Networks[C]//Mobile Ad-hoc and SensorNetworks (MSN)，201 ISeventh International Conference on.1EEE, 2011:75-82。在該文獻(xiàn)中，Naijie GU等人根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空洞的邊界節(jié)點(diǎn)與內(nèi)部其他普通節(jié)點(diǎn)在各自的鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)目上的差異實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)計(jì)信息的空洞節(jié)點(diǎn)算法M，該算法實(shí)現(xiàn)簡單，成本較低，在均分布網(wǎng)絡(luò)中，表現(xiàn)較為良好。
[0007]文 獻(xiàn):Ghrist R, Muhammad A.Coverage and hole-detection in sensornetworks via homology[C]//Proceedings of the4th international symposium onInformation processing in sensor networks.1EEE Press, 2005:34。在該文獻(xiàn)中，GaoJie等提出的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪吔鐧z測算法，能在多種規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)檢測和網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)的檢測，其工作過程分為以下主要5個步驟；
[0008](I)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)最短路徑樹，從網(wǎng)絡(luò)任意節(jié)點(diǎn)R，以洪泛方式傳遞節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，最終整個網(wǎng)絡(luò)生成以節(jié)點(diǎn)R為根節(jié)點(diǎn)的最短路徑樹；
[0009](2)判斷網(wǎng)絡(luò)中最短路徑數(shù)上的對接節(jié)點(diǎn)對(Cut Nodes)，在第一步生成路徑樹過程中，樹的分枝繞過網(wǎng)絡(luò)空洞后產(chǎn)生對接的節(jié)點(diǎn)對，如果有多個空洞，將有多組對接節(jié)點(diǎn)對，為了判斷方便，在前期過程中只保留其中一個空洞后面的對接節(jié)點(diǎn)對，去除其他節(jié)點(diǎn)對；
[0010](3)通過對接節(jié)點(diǎn)對查找路徑上的共同祖先節(jié)點(diǎn)，各個節(jié)點(diǎn)與祖先節(jié)點(diǎn)的連線將包圍住該網(wǎng)絡(luò)空洞，該步驟實(shí)現(xiàn)包圍網(wǎng)絡(luò)空洞的最短路徑的判斷，即空洞邊界環(huán)路Round;
[0011](4)獲取網(wǎng)絡(luò)中空洞節(jié)點(diǎn)環(huán)路Round后，通過洪泛確定網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離該環(huán)的最短跳數(shù)，將同一跳距的節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為同色；
[0012](5)判斷網(wǎng)絡(luò)的外邊界節(jié)點(diǎn)環(huán)路，精確判斷網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部空洞節(jié)點(diǎn)，同時恢復(fù)多對接節(jié)點(diǎn)對，定位多個網(wǎng)絡(luò)空洞邊界。
[0013]Gao Jie的基于拓?fù)湫畔⒌臋z測算法定位精度較好，能夠檢測多種網(wǎng)絡(luò)中多個空洞邊界節(jié)點(diǎn)，在各向異性網(wǎng)絡(luò)中也有較好的表現(xiàn)，得到學(xué)者的關(guān)注，但是其實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，要求較高的網(wǎng)絡(luò)通信帶寬，需要傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)較好的計(jì)算能力，其實(shí)現(xiàn)成本較高，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源受限的情況下不利于普遍使用。
[0014]文獻(xiàn):張姿，黃廷磊，吳拱星.一種改進(jìn)的邊界節(jié)點(diǎn)檢測算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，05:670-674。在該文獻(xiàn)中，張姿等人針對Gao Jie提出的基于拓?fù)湫畔⒌目斩礄z測算法中網(wǎng)絡(luò)通信量較大的不足，提出了一種改進(jìn)的邊界節(jié)點(diǎn)檢測算法——AIBNDA算法，其主要步驟如下:
[0015](I)選取領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)，通過競爭方式確定網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起節(jié)點(diǎn)；
[0016]( 2 )確定網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)，從領(lǐng)導(dǎo)節(jié)點(diǎn)開始，通過兩次全網(wǎng)洪泛通信后，確定網(wǎng)絡(luò)中距離最遠(yuǎn)的兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)；
[0017](3)劃分網(wǎng)絡(luò)維度線，確定各個維度線上的頭節(jié)點(diǎn)。其方法是通過網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)距離兩個信標(biāo)節(jié)點(diǎn)距離的比值不同，確定各個維度下的節(jié)點(diǎn)；通過節(jié)點(diǎn)ID大小確定某維度的頭節(jié)點(diǎn)；
[0018](4)確定網(wǎng)絡(luò)中洞的分布情況，根據(jù)各個維度頭節(jié)點(diǎn)，通過連接頭節(jié)點(diǎn)確定圍繞空洞的環(huán)路；
[0019]根據(jù)連接頭節(jié)點(diǎn)確定的網(wǎng)絡(luò)空洞環(huán)路細(xì)化網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)。
[0020]雖然該算法在通信量上做了一定優(yōu)化，但是，基于分布式計(jì)算的算法其通信成本是無法回避的，在確定頭結(jié)點(diǎn)之前至少要經(jīng)歷三次洪泛方式的全網(wǎng)通信，同時在頭節(jié)點(diǎn)選擇和網(wǎng)絡(luò)空洞分布確定的方法上缺乏依據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)異常缺乏考慮，算法的普適性較差。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0021]本發(fā)明針對基于拓?fù)湫畔⒖斩礄z測算法網(wǎng)絡(luò)通信量大、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出一種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，他能在保證檢測準(zhǔn)確度不下降的前提下，簡化檢測算法，降低網(wǎng)絡(luò)通信量，提高算法的普適性。
[0022]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是:一種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建跨度最大且相互垂直的第一條最短路徑和第二條最短路徑，同時確定各路徑下其他節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性；然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來確定各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特性來確定各路徑下的邊界節(jié)點(diǎn)；最后對各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行整合。
[0023]優(yōu)選的，包括以下步驟:第一步、獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息，并且上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)；第二步、通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)最短路徑跳數(shù)記錄表一shortestpath表和節(jié)點(diǎn)最短路徑節(jié)點(diǎn)記錄表一shortest_map表；第三步、根據(jù)shortest_path表和shortest_map表構(gòu)建跨度最大的第一、第二條最短路徑,所述第一、第二條最短路徑相互垂直，并在第一條最短路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第一條最短路徑的第一屬性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第一條最短路徑的第一屬性將所有節(jié)點(diǎn)劃在不同緯度、不同小組、不同邊的第一集合中；在第二條最短路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第二條最短路徑的第二屬性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第二條最短路徑的第二屬性將所有節(jié)點(diǎn)劃在不同緯度、不同小組、不同邊的第二集合中；第四步、根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第一集合以及shortest_path和shortest_map表，利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來判斷第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)以及確定第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊界圓；根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第二集合以及shortest_path和shortest_map表,利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來判斷第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)以及確定第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊界圓；第五步、完成第一、第二空洞邊界圓后，對第一、第二空洞邊界圓的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，去除不符合的節(jié)點(diǎn)；第六步、根據(jù)不同纟韋度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第一集合以及shortest_path表和shortest—map表，利用網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來選擇第一邊界節(jié)點(diǎn)以及確定第一邊界節(jié)點(diǎn)路徑；根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第二集合以及sh0rtest_path表和shortestjnap表，利用網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來選擇第二邊界節(jié)點(diǎn)以及確定第二邊界節(jié)點(diǎn)路徑；第七步、對第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)整合，對第一邊界節(jié)點(diǎn)和第二邊界節(jié)點(diǎn)整合。
[0024]本發(fā)明的一種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:1.本方法是以集中計(jì)算的方法實(shí)現(xiàn)定位，其實(shí)現(xiàn)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，具有較好的網(wǎng)絡(luò)普適性，空洞節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)的檢測準(zhǔn)確度高，該算法的網(wǎng)絡(luò)通信量只在獲取網(wǎng)絡(luò)連通性信息階段和信息上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)階段，其通信量不隨網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少而改變，以中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算能力來大大減輕網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)載。
[0025]2.網(wǎng)絡(luò)空洞將距離零維度線的同維度節(jié)點(diǎn)分為多個小組，通過該多小組之間最短路徑上的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)空洞節(jié)點(diǎn)對的確定，通過空洞節(jié)點(diǎn)對檢測網(wǎng)絡(luò)空洞上的所有節(jié)點(diǎn)，其獲取方法是根據(jù)最短路徑跨緯度情況來構(gòu)建局部路徑實(shí)現(xiàn)的。具有高效準(zhǔn)確的特點(diǎn)。
[0026]3.首先獲取網(wǎng)絡(luò)同邊同維度邊界節(jié)點(diǎn)對，通過判別不同緯度節(jié)點(diǎn)是否為對應(yīng)同一側(cè)節(jié)點(diǎn)，通過網(wǎng)絡(luò)最短路徑記錄表確定同側(cè)相鄰維度邊界節(jié)點(diǎn)的最短路徑，在最后，通過在兩次“垂直”跨度最大路徑情況下完成邊界節(jié)點(diǎn)修正。
[0027]4.獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息，并且上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)，算法通過集中式計(jì)算方法確定網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)通信只在獲取連通性信息階段，可以大大降低網(wǎng)絡(luò)通信量。
[0028]5.構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)最短路徑跳數(shù)記錄表一shortest_path表和節(jié)點(diǎn)最短路徑節(jié)點(diǎn)記錄表一shortest_map表,兩張表實(shí)現(xiàn)簡單，降低了算法的復(fù)雜性。
[0029]6.構(gòu)建兩條相互“垂直”的跨度最大最短路徑路徑，并在此兩條路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性，利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來實(shí)現(xiàn)空洞節(jié)點(diǎn)判斷，通過網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)邊界節(jié)點(diǎn)判斷，該方法實(shí)現(xiàn)簡單，具有普適性，同時在兩條最大跨度路徑下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)檢測，提高了準(zhǔn)確率。
[0030]7.在具體實(shí)例中，該檢查算法的檢查準(zhǔn)確度在90%以上，在不同網(wǎng)絡(luò)場景下，檢測準(zhǔn)確度較也有檢測算法有2%-5%的提高，其網(wǎng)絡(luò)通信量不到分布式計(jì)算的20%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1本發(fā)明算法總體流程圖；
[0032]圖2網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)檢測流程圖；
[0033]圖3空洞節(jié)點(diǎn)對存在兩種跨維度最短路徑示意圖；
[0034]圖4空洞節(jié)點(diǎn)對只存在跨聞纟韋度最短路徑不意圖；
[0035]圖5空洞節(jié)點(diǎn)對只存在跨低維度最短路徑的兩種網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)示意圖；
[0036]圖6網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)檢測示意圖；
[0037]圖7第一條零緯度路徑下仿真結(jié)果；
[0038]圖8第二條零緯度路徑下仿真結(jié)果；
[0039]圖9修正后的空洞節(jié)點(diǎn)與邊界節(jié)點(diǎn)圖；
【具體實(shí)施方式】
[0040]附圖非限制性地公開了本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0041]實(shí)施例
[0042]本實(shí)施例應(yīng)用場景是在任意邊長的矩形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)部署若干節(jié)點(diǎn)，在這樣網(wǎng)絡(luò)場景中，本方法可實(shí)現(xiàn)對各塊網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)外邊界節(jié)點(diǎn)檢測，本方法只需要單塊連通網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的連通信息，即可完成該塊區(qū)域內(nèi)的空洞節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)的檢測。一種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建跨度最大且相互垂直的第一條最短路徑和第二條最短路徑，同時確定各路徑下其他節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性；然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來確定各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特性來確定各路徑下的邊界節(jié)點(diǎn)；最后對各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行整合。
[0043]包括以下步驟:第一步、獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息，并且上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)；第二步、通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)最短路徑跳數(shù)記錄表一shortest_path表和節(jié)點(diǎn)最短路徑節(jié)點(diǎn)記錄表一shortest_map表；第三步、根據(jù)shortest_path表和shortest—map表構(gòu)建跨度最大的第一、第二條最短路徑，所述第一、第二條最短路徑相互垂直，并在第一條最短路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第一條最短路徑的第一屬性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第一條最短路徑的第一屬性將所有節(jié)點(diǎn)劃在不同緯度、不同小組、不同邊的第一集合中；在第二條最短路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第二條最短路徑的第二屬性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第二條最短路徑的第二屬性將所有節(jié)點(diǎn)劃在不同緯度、不同小組、不同邊的第二集合中；第四步、根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第一集合以及shortest_path和shortest_map表，利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來判斷第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)以及確定第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊界圓；根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第二集合以及shortest_path和shortest_map表,利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來判斷第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)以及確定第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊界圓；第五步、完成第一、第二空洞邊界圓后，對第一、第二空洞邊界圓的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，去除不符合的節(jié)點(diǎn)；第六步、根據(jù)不同纟韋度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第一集合以及shortest_path表和shortest_map表，利用網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來選擇第一邊界節(jié)點(diǎn)以及確定第一邊界節(jié)點(diǎn)路徑；根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第二集合以及sh0rtest_path表和shortest_map表,利用網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同纟韋度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來選擇第二邊界節(jié)點(diǎn)以及確定第二邊界節(jié)點(diǎn)路徑；第七步、對第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)整合，對第一邊界節(jié)點(diǎn)和第二邊界節(jié)點(diǎn)整合。
[0044]該算法的總流程如圖1所示，各個階段的通信流程包括如下步驟:
[0045]I)獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息，并且上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間連通性信息通過網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播一個尋求鄰居節(jié)點(diǎn)的信號，當(dāng)某一接收節(jié)點(diǎn)收到信號后，返回確認(rèn)信號，表明自己可以與發(fā)射信號直接通信，是其鄰居節(jié)點(diǎn)，發(fā)射信號節(jié)點(diǎn)記錄發(fā)回確認(rèn)信號的所有鄰居節(jié)點(diǎn)，依此方法，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送鄰居節(jié)點(diǎn)請求信號、獲取鄰居節(jié)點(diǎn)確認(rèn)信息、記錄鄰居節(jié)點(diǎn)集，單所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)集統(tǒng)計(jì)完畢后，網(wǎng)絡(luò)的連通性信息就完全掌握了，最后通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作特點(diǎn)，采用多跳的工作機(jī)制，將網(wǎng)絡(luò)的連通性信息傳至到網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)，由于匯聚節(jié)點(diǎn)不同于普通節(jié)點(diǎn)，其具有的內(nèi)存較大、計(jì)算能力更長、具有較長的工作壽命，在這樣的匯聚節(jié)點(diǎn)才完成空洞節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)檢測。上述網(wǎng)絡(luò)連通性信息在匯聚節(jié)點(diǎn)處將如表I記錄:
[0046]表I網(wǎng)絡(luò)連通性記錄表
【權(quán)利要求】
1.一種基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建跨度最大且相互垂直的第一條最短路徑和第二條最短路徑，同時確定各路徑下其他節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性；然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來確定各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息、節(jié)點(diǎn)屬性和網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特性來確定各路徑下的邊界節(jié)點(diǎn)；最后對各路徑下的網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和邊界節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行整合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:第一步、獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息，并且上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)；第二步、通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)最短路徑跳數(shù)記錄表一shortest_path表和節(jié)點(diǎn)最短路徑節(jié)點(diǎn)記錄表一shortest_map表；第三步、根據(jù)shortest_path表和shortest_map表構(gòu)建跨度最大的第一、第二條最短路徑，所述第一、第二條最短路徑相互垂直，并在第一條最短路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第一條最短路徑的第一屬性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第一條最短路徑的第一屬性將所有節(jié)點(diǎn)劃在不同緯度、不同小組、不同邊的第一集合中；在第二條最短路徑下，完成網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第二條最短路徑的第二屬性，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離第二條最短路徑的第二屬性將所有節(jié)點(diǎn)劃在不同緯度、不同小組、不同邊的第二集合中；第四步、根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第一集合以及sh0rtest_path和shortestjnap表，利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來判斷第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)以及確定第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊界圓；根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第二集合以及shortest_path和shortest_map表，利用網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔同邊同維度節(jié)點(diǎn)連接的特性來判斷第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)以及確定第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊界圓；第五步、完成第一、第二空洞邊界圓后，對第一、第二空洞邊界圓的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，去除不符合的節(jié)點(diǎn)；第六步、根據(jù)不同緯度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第一集合以及shortest_path表和shortest_map表,利用網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來選擇第一邊界節(jié)點(diǎn)以及確定第一邊界節(jié)點(diǎn)路徑；根據(jù)不同纟韋度、不同小組、不同邊的節(jié)點(diǎn)第二集合以及shortest_path表和shortest_map表,利用網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點(diǎn)處于同邊同緯度相隔最遠(yuǎn)的特點(diǎn)來選擇第二邊界節(jié)點(diǎn)以及確定第二邊界節(jié)點(diǎn)路徑；第七步、對第一網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)和第二網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)整合，對第一邊界節(jié)點(diǎn)和第二邊界節(jié)點(diǎn)整合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:在第一步中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連通性信息的獲取方法為通過網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中廣播一個尋求鄰居節(jié)點(diǎn)的信號，當(dāng)某一接收節(jié)點(diǎn)收到信號后，返回確認(rèn)信號，表明自己可以與發(fā)射信號直接通信，是其鄰居節(jié)點(diǎn)，發(fā)射信號節(jié)點(diǎn)記錄發(fā)回確認(rèn)信號的所有鄰居節(jié)點(diǎn)；上傳至匯聚節(jié)點(diǎn)的方法為通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作特點(diǎn)，采用多跳的工作機(jī)制，將網(wǎng)絡(luò)的連通性信息傳至到網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點(diǎn)，且在匯聚點(diǎn)表格記錄，其中該表格中第一行與第一列表示節(jié)點(diǎn)的Id，其交匯處表示節(jié)點(diǎn)Idi與節(jié)點(diǎn)Idj是否相互連通，I則表示可直接連通，O則表示不能直接相互連通，相同節(jié)點(diǎn)連通性信息記錄為O。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:在第二步中，shortest_path表記錄任意兩個節(jié)點(diǎn)組成的節(jié)點(diǎn)對之間的最小跳數(shù),其中該表格中第一行與第一列表示節(jié)點(diǎn)的Id,其交匯處表示節(jié)點(diǎn)Idi與節(jié)點(diǎn)Idj的跳數(shù)，Inf表示節(jié)點(diǎn)之間不相連通；shortest_map表中記錄節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間連通的最短路徑上的節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:在第三步中，跨度最大的最短路徑確定依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中shortest_path記錄表中跳數(shù)最大的可連接節(jié)點(diǎn)對，如果表中存在多個跳數(shù)等于最大跳數(shù)的節(jié)點(diǎn)對，選取節(jié)點(diǎn)對的鄰居節(jié)點(diǎn)總和最小的節(jié)點(diǎn)對，在確定最大跨度節(jié)點(diǎn)工作后，通過在shortest_map記錄中的所有連接該節(jié)點(diǎn)對的節(jié)點(diǎn)路徑中選擇適合的一條路徑，其選取的準(zhǔn)則為選擇路徑上所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)總和最大的路徑，且該路徑穿過網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)密集區(qū)域。其他節(jié)點(diǎn)距離最短路徑的屬性是指:確定網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)距離零緯度線的屬性，該零緯度線指最短路徑，這些屬性包括節(jié)點(diǎn)所處的維度、組號以及邊號；所述維度是指節(jié)點(diǎn)距離零維度線的最小跳數(shù)；所謂分組就是在維度大于2的所有節(jié)點(diǎn)中，如果同維度的節(jié)點(diǎn)可以相互連通，而不需要跨過其他維度的節(jié)點(diǎn)，將這些可以相互連通的所有節(jié)點(diǎn)劃為同一小組，同緯度不可以直接連通或通過同維度節(jié)點(diǎn)連通的節(jié)點(diǎn)將處于不同的小組；所謂邊劃分是從最高維度某一小組的節(jié)點(diǎn)開始，該小組內(nèi)節(jié)點(diǎn)到零維度線上節(jié)點(diǎn)的最短路徑上所有節(jié)點(diǎn)劃為同一邊，同時，同一小組中節(jié)點(diǎn)也屬于同一邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:在第四步中，所述網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)判斷方法為:網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)檢測首先從某一邊最高維度節(jié)點(diǎn)開始，依次獲取該邊不同維度的所有節(jié)點(diǎn)集合，通過判斷同邊同維度節(jié)點(diǎn)集合中是否存在多個小組，如果存在則表明該邊該維度節(jié)點(diǎn)集合被網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔不能夠直接連通，其確定網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)的方法如下，首先判斷同邊同維度小組中被網(wǎng)絡(luò)空洞阻隔的相鄰小組之間的最短路徑節(jié)點(diǎn)對，其選取標(biāo)準(zhǔn)依然是通過同邊同維度不同小組節(jié)點(diǎn)集合之間節(jié)點(diǎn)對在shortest_path記錄表中最小值的節(jié)點(diǎn)對,如果有多個節(jié)點(diǎn)存在,選取節(jié)點(diǎn)對的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)最小的節(jié)點(diǎn)對，若如其鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)相同，任意選取其中一對；網(wǎng)絡(luò)空洞邊節(jié)點(diǎn)的判斷如下:a、判斷在shortest_map記錄表中節(jié)點(diǎn)Idi與節(jié)點(diǎn)Idj的最短路徑中是否同時存在兩種路徑，如果不是，轉(zhuǎn)到步驟b ;b、判斷在shortest_map記錄表中節(jié)點(diǎn)Idi與節(jié)點(diǎn)Idj之間的最短路徑是否是跨高維度路徑，如果不是，轉(zhuǎn)到步驟c ;c、判斷在shortest_map記錄表中節(jié)點(diǎn)Idi與節(jié)點(diǎn)I+之間的最短路徑是否是跨低維度路徑，在存在跨低緯度路徑的情況中存在兩種情形:一種是高緯度路徑上也存在連通路徑:此時首先確定跨高維度的最短路徑上的節(jié)點(diǎn)，其確定準(zhǔn)則同b，然后尋找其跨低維度的最短路徑上的節(jié)點(diǎn)，其尋找路徑方法是去掉網(wǎng)絡(luò)中高緯度所有節(jié)點(diǎn)，只保留該緯度和其低緯度的局部節(jié)點(diǎn)集合，在這些節(jié)點(diǎn)組成的局部網(wǎng)絡(luò)中，通過構(gòu)建其最短跳數(shù)記錄表-shortest_map_temp,通過最短路徑記錄表,使用同樣的準(zhǔn)則完成跨低緯度路徑節(jié)點(diǎn)，最終完成網(wǎng)絡(luò)空洞節(jié)點(diǎn)邊界圓的確定；另一種是只存在低纟韋度連通路徑:此時網(wǎng)絡(luò)局部節(jié)點(diǎn)所構(gòu)建的最短路徑記錄表shortest_path_temp中該空洞節(jié)點(diǎn)對是不存在連通路徑的，其空洞節(jié)點(diǎn)邊界就為低緯度路徑上的節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:在第六步中，邊界節(jié)點(diǎn)以及邊界節(jié)點(diǎn)路徑實(shí)現(xiàn)步驟:a、獲取同邊同維度值的節(jié)點(diǎn)集合中相距最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)對，記錄在各個維度節(jié)點(diǎn)對表中，其判斷方法同樣是查找同邊同維度節(jié)點(diǎn)之間shortest_path中最大值；如若同邊同纟韋度節(jié)點(diǎn)集合中存在多對符合條件的節(jié)點(diǎn)，選取該節(jié)點(diǎn)對的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)最少的節(jié)點(diǎn)對，從最高維度的節(jié)點(diǎn)看，其兩個節(jié)點(diǎn)對屬于兩個不同方向，分別叫做左側(cè)節(jié)點(diǎn)和右側(cè)節(jié)點(diǎn)，如果同緯度中只存在一個節(jié)點(diǎn)，將左側(cè)節(jié)點(diǎn)與右側(cè)節(jié)點(diǎn)同時標(biāo)記為該節(jié)點(diǎn)；b、從高維度開始判斷邊界節(jié)點(diǎn)對的左側(cè)節(jié)點(diǎn)與右側(cè)節(jié)點(diǎn)相互對應(yīng)，如果對應(yīng)，連接相鄰維度的同側(cè)節(jié)點(diǎn)，如果不對應(yīng)，糾正左右側(cè)節(jié)點(diǎn)后連接相鄰維度的同側(cè)節(jié)點(diǎn)；連接相鄰維度邊界節(jié)點(diǎn)對的方法同樣是查找shortest_map記錄表中路徑中所有節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)最少的路徑作為邊界節(jié)點(diǎn)，依次下去，直到該邊的不同緯度的邊界節(jié)點(diǎn)完成路徑的連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于連通性的WSN空洞節(jié)點(diǎn)檢測方法，其特征在于:在第三步中，第二條最短路徑的起始節(jié)點(diǎn)是在第一條最短路徑下網(wǎng)絡(luò)中最大維度節(jié)點(diǎn)中的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)最少的節(jié)點(diǎn)，第二條最短路徑的尾節(jié)點(diǎn)距離其起始節(jié)點(diǎn)跳數(shù)最大，并且距離第一條最短路徑首尾節(jié)點(diǎn)跳數(shù)在其 候選節(jié)點(diǎn)中最大。
【文檔編號】H04W84/18GK103945412SQ201410146705
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】徐平平, 姜生林, 邢濤 申請人:東南大學(xué)