[发明专利]无线传感器网络双连通并优化通信路径的方法无效

专利信息
申请号: 200810233277.3 申请日: 2008-12-09
公开(公告)号: CN101437305A 公开(公告)日: 2009-05-20
发明(设计)人: 周应华;蔡雪梅 申请(专利权)人: 重庆邮电大学
主分类号: H04W84/18 分类号: H04W84/18;H04W40/02
代理公司: 重庆市恒信知识产权代理有限公司 代理人: 刘小红
地址: 400065重*** 国省代码: 重庆;85
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摘要:
搜索关键词: 无线 传感器 网络 双连 优化 通信 路径 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种计算机网络技术,尤其涉及提高无线传感器网络可靠性的方法。

背景技术

无线传感器网络部署后如果不能实现双连通,网络中关节点失效(由于设备故障或节点能量耗尽)将导致网络不再连通,缩小传感、监测的覆盖范围,影响网络寿命。使用者希望网络可靠连通,使用稳定可靠。现有技术对实现网络双连通有一些研究,但仍存在各种问题。如文献A.Kashyap,S.Khuller and M.Shayman.Relay placement for higher order connectivity in wireless sensornetworks.IEEE Infocom’2006,Barcelona,Spain提出了一种通过近似算法增配节点实现分簇网络中簇头节点形成的骨干网络双连通方法,但没有实现全网双连通,也没有考虑优化通信路径。

如果网络连通、但没有双连通,网络中就存在关节点,一旦关节点失效,将导致网络不再连通,影响网络寿命。要实现全网双连通,首先要找到网络中所有的关节点,这是一个难题。如果找到了关节点,如何增配尽量少的节点形成新的通信路径、消除关节点,同时缩短部分传感器节点到汇聚节点的数据通信路径,这又是一个优化问题。通信路径优化有利于降低网络中传感器节点向汇聚节点传输数据的通信能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术中无线传感器网络连通、但没有双连通,以及需要优化通信路径、缩短通信路径长度的问题,提出一种使无线传感器网络双连通并优化通信路径的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是,无线传感器网络随机部署后,采用基于广度优先原则的搜索方法发现网络中所有的双连通分量和不属于双连通分量的节点,判断网络中的关节点,然后采用贪心方法在节点和汇聚节点之间增配尽量少的节点,在实现网络双连通的同时,缩短部分传感器节点到汇聚节点的通信路径长度。

本发明提出的使无线传感器网络双连通并优化通信路径的方法,包括以下步骤:

步骤1:以汇聚节点为起始节点,采用基于广度优先原则的搜索方法搜索确定网络中所有的双连通分量、和不属于双连通分量的节点,得到一棵以汇聚节点为根的广度优先生成树。

步骤2:根据广度优先生成树和双连通分量信息确定关节点,按以下规则判断网络中的关节点。具体为,在步骤1得到的广度优先生成树上,寻找属于某一个双连通分量的节点,其中具有最小广度优先编号BFN的非根节点是关节点;不属于任何双连通分量的非叶节点也是关节点,另外,如果属于一个双连通分量的节点中只有一个节点通过一条边和已知的关节点或叶节点相连,则该节点也是关节点。

步骤3:在网络中的部分节点和汇聚节点之间,用贪心方法增配尽量少的无线传感器节点,形成新的最短的中继路径、并使网络双连通;不要在步骤2确定的关节点和汇聚节点之间增配节点。

因为新路径具有最少的中继跳数,所以部分原有节点和汇聚节点之间的通信路径得到了优化;另外,新路径的形成,使得即使一个关节点失效,网络中其余任意节点和汇聚节点之间仍然能够连通,也可以说,网络中其余任意两个节点之间仍然能够连通,这样,通过节点增配就实现了网络双连通。

基于广度优先原则的搜索方法的输入是网络的邻接表,邻接表可以通过网络管理终端发起网络遍历得到。搜索的起始节点为汇聚节点;采用广度优先编号BFN表示节点和汇聚节点的最短中继距离,BFN越大,中继跳数越多。搜索方法包括以下步骤:

步骤1.1:以传感器网络的汇聚节点为起始节点;

步骤1.2:未扩展的节点按广度优先的次序扩展到子节点(通过邻接表找到除了它的父节点以外的所有邻接节点),给子节点赋予广度优先编号BFN;当发现所有节点都已扩展完成,则本搜索方法结束;否则,尚未扩展的节点继续扩展。如果一个节点扩展的子节点中发现有其他节点扩展的子节点,则在网络中发现一个环,转步骤1.4,否则,转步骤1.3;

步骤1.3:把被扩展的节点到子节点的边(即树边)存放在广度优先生成树结构中,转步骤1.2;

步骤1.4:确定新的双连通分量。沿这个环在生成树上的两条路径回溯,最终,两条回溯路径将到达同一个节点、或者到达同一个双连通分量中的两个节点;两条回溯路径经过的所有节点构成新的双连通分量;如果回溯路径穿过了某些双连通分量(经过其中至少两个节点),则这些双连通分量中的所有节点合并到这个新的双连通分量中;如果两条路径回溯到达同一个双连通分量中的两个节点,则这个双连通分量中的所有节点也合并到新的双连通分量中,转步骤1.2;

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