[发明专利]一种基于连通性的WSN空洞节点检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种WSN空洞节点的检测方法，属于无线传感器技术领域。

背景技术

无线传感器网络由具有数据采集、数据处理、无线传输功能的低成本无线传感器节点组成的应用型网络，其研究方向包括：定位技术、网络协议、同步技术、拓扑结构控制技术、数据安全与数据融合技术等。

由于无线传感器网络具有自组织动态拓扑结构的特点，其节点能量受限，并且受到节点部署方式、工作环境制约以及通信信号不稳定的影响，整个网络在部署和运行阶段网络中的部分节点之间的通信受阻，容易形成网络空洞，网络空洞是指在无线传感器网络中，某一区域内节点之间的通信受到了阻碍，这一区域称为网络空洞区域，也称作网络空洞，处于网络空洞边边缘的节点称之为网络空洞边界节点，网络空洞不但影响网络节点之间数据传输路由的有效性，同时网络空洞对定位、数据融合都有重要影响，如网络空洞节点以及网络外边界节点（网络外边界节点是指处于网络拓扑结构边缘的节点称作网络外边界节点，简称网络边界节点）的定位会比其他节点普通节点的定位更为困难，其定位准确性与精确度得不到有效保障，严重影响了整个网络节点的定位水平，因此分析和检测空洞节点、网络外边界节点具有现实意义。

目前，网络空洞节点以及网络边界节点的检测在工作原理上分为三类：基于地理位置信息的检测算法、基于统计信息的检测算法和基于拓扑信息的检测算法，这三类检测算法的实现机制不同，基于地理信息的边界节点检测算法中，需要获取每个节点的坐标信息，一般而言其检测精度可以通过提高硬件成本得到保证，基于统计信息的空洞节点检测算法利用空洞节点与非边界节点的节点度差别，通过数理统计方法确定节点是否在空洞边界，其实现方法简单，运算、通信成本较低，但是其在网络普适性上较差，在均分布网络中，表现较为良好，但是在各向异性网络了中，检测误差较大；基于拓扑信息的检测算法定位精度较好，能够检测多种网络中多个空洞边界节点，在各向异性网络中也有较好的表现，得到众多研究者的关注。

文献：Doherty L.Algorithms for position and data recovery in wireless sensor networks[D].Department of Electrical Engineering and Computer Sciences,University of California,2000。在该文献中，Qing Fang等人为了建立路由提出了BOUNDHOLE洞节点检测算法。BOUNDHOLE算法通过陷入节点陷入方向寻找网络空洞的边界节点，其运算过程需要每个节点通过单跳节点关系和节点坐标关系，在大型分布式或集中式计算的无线传感器网络中能够很好的工作，但是也存在不足，基于地理信息的边界节点检测算法中，需要获取每个节点的坐标信息，其实现成本较高。

文献；Fan Z,Chen Y,Wang L,et al.Removing Heavily Curved Path:Improved DV-Hop Localization in Anisotropic Sensor Networks[C]//Mobile Ad-hoc and Sensor Networks(MSN),2011Seventh International Conference on.IEEE,2011:75-82。在该文献中，Naijie GU等人根据网络空洞的边界节点与内部其他普通节点在各自的邻居节点的数目上的差异实现基于统计信息的空洞节点算法^[6]，该算法实现简单，成本较低，在均分布网络中，表现较为良好。

文献：Ghrist R,Muhammad A.Coverage and hole-detection in sensor networks via homology[C]//Proceedings of the4th international symposium on Information processing in sensor networks.IEEE Press,2005:34。在该文献中，Gao Jie等提出的基于网络拓扑的边界检测算法，能在多种规模网络中实现了网络空洞节点检测和网络外边界节点的检测，其工作过程分为以下主要5个步骤；

（1）构建网络最短路径树，从网络任意节点R，以洪泛方式传递节点的数据信息，最终整个网络生成以节点R为根节点的最短路径树；