[发明专利]基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法

权利要求书

1.一种基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法，其特征在于：

通过分析节点的邻居关系寻找网络的控制集DS，连通DS中的节点，获得连通控制集CDS；

其中，构造DS的具体步骤为：

步骤1：传感器网络在刚刚部署时，网络中各节点以一定的功率广播信息，发现邻居节点，并和邻居节点形成双向连接，形成网络初始拓扑图，每个节点拥有一个全网唯一ID；

步骤2：网络中的节点i获取与每个邻居节点的链路状态，其中包括邻接信息和对应链路的权值，形成自己的原始邻接表Ni[j]并在邻居间交换Ni[j]；

步骤3：此时汇聚节点得到了全网的邻接状态，对所有节点的Ni[j]进行遍历，找出在Ni[j]中出现的节点，并按节点出现次数的非递增顺序存放在队列Q中；

步骤4：开始时，对Q执行出列操作,假设取出的节点为u，则将u染为黑色，将Nu[j]中除了u的所有节点染为灰色，则有DS←{u}；

步骤5：继续对队列Q中的白色节点执行出列操作,假设取出的节点为v，则将v染为黑色，将Nv[j]中的白色节点染为灰色，则有DS＝DS∪{v}；

步骤6：迭代执行步骤4，直到网络中不存在白色节点；

步骤7：黑色节点集即为整个网络的控制集DS；

其中，构造CDS的具体步骤为：

步骤8：选择|Ni[j]|最大的节点k为树的领导节点，即为leader；

步骤9：按照|Ni[j]|非递增的顺序检查DS中除leader外的节点是否与leader之间存在一条路径，该路径仅由黑色节点构成；

步骤10：若没有，则选择一条包含最少灰色节点且不能形成回路的路径，将该路径中的灰色节点染为黑色加入到DS中；

步骤11：若有，则返回步骤9；

步骤12：所有黑色节点的集合DS构成了整个图的一个连通控制集CDS；

通过启发式的裁剪规则对前面得到的CDS进行裁剪，完成最小连通控制集MCDS的整个构造；

不断对全网进行失效节点的查询，在失效节点的局部范围内重复MCDS构造，局部修复后最终得到当前网络最小连通控制集MCDS’。

2.如权利要求1所述的基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法，其特征在于，构造MCDS的具体步骤为：

步骤13：检查由黑色节点形成的控制集CDS的叶子节点i，是否存在仅由i控制的灰色节点；

步骤14：若不存在这样的灰色节点，则从CDS中删除i；

步骤15：若存在，则返回步骤13；

步骤16：检查完所有叶子节点后，该过程结束，得到的所有黑色节点构成了整个图的一个最小连通控制集MCDS。

3.如权利要求2所述的基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法，其特征在于，进行路径规划：

步骤17：汇聚节点由全网原始的邻接状态，选择权值最小的一条路径到达当前MCDS的leader；网络中所有灰色节点选取权值最短的路径到达leader。

4.如权利要求3所述的基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法，其特征在于，失效节点的查询具体步骤为：

步骤18：对于网络中的所有节点每隔random(k1)时间，周期性的向汇聚节点发送报文；

步骤19：若汇聚节点在random(k2)时间内收到网络中节点的报文，则表示该节点有效，不作处理；

步骤20：若汇聚节点在等待random(k2)时间后尚未收到某节点报文，则确定该节点失效。

5.如权利要求4所述的基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法，其特征在于，局部修复具体为：

步骤21：若失效节点为灰色节点u，则去除该节点u，MCDS不受影响，返回步骤18；

步骤22：若失效节点为黑色节点v，则由Nv[j]和Nv[j]中的MCDS中节点的邻居构成集合V’，在V’上保持原有MCDS节点不变的情况下重复步骤1至步骤16，得到的MCDS以及原有MCDS的并集构成网络的新MCDS；

步骤23：对于构成的当前新MCDS，再次对其进行裁剪重复步骤13至步骤16，得到网络的最终MCDS’，返回步骤17。