[发明专利]基于多极值点选择的无线传感器网络拓扑图生成方法

说明书

本发明公开了一种基于多极值点选择的无线传感器网络拓扑图生成方法MENS‑DTPM，包括以下步骤：步骤1，在网络中随机选取两个传感器节点，这两个节点向整个网络洪泛自己的节点信息；步骤2，网络中的其他节点在接收到信息后，计算各节点基于方向的虚拟坐标值；步骤3，每个节点检查自身的虚拟坐标值是否为其邻域内的极值，若是则该节点成为极值点；步骤4，以极值点为簇头将网络划分为多个簇；步骤5，在每个簇内重复步骤1～3，选出簇内局部极值点作为参考节点，并对每个簇构建虚拟坐标系统；步骤6，对每个簇进行拓扑图的生成，最终将所有簇的拓扑图组合生成整个网络的拓扑图。该方法能够实现更有效的参考节点选取，在大规模复杂网络中具有更好的效果，能更好地反映了网络的结构特征。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络，特别是一种基于多极值点选择的无线传感器网络拓扑图生成方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless sensor network，WSN)由大量能源受限的传感器节点组成的，主要用于感知监测区域内的信息，其中节点的位置信息是一种关键的信息。一般情况下，WSN利用一些携带有GPS节点的位置信息进行节点定位。但是GPS一般工作在开放的、没有障碍物遮挡卫星信号的环境中，所以在一些场景下，例如室内、地下，位置信息是无法获取的或有非常高的误差。因此，需要一种更有效的方法来组织和定位WSN，并且不依靠任何的位置信息。虚拟坐标系统(Virtual Coordinate Systems，VCS)就是为了满足这个需求而提出的拓扑图生成技术。

VCS使用节点到参考节点的最小跳距来标记网络中的节点。VCS最主要的优点就是它不依赖于任何的物理位置信息，具有更小的能耗并且可以适用于广泛的场景。参考节点的选取会给VCS造成很大的影响，因此如何选取参考节点成为了基于VCS的方法的主要挑战。

Dlhanapala等人提出了一种参考节点选择方法——ENS方法，实现了有效的参考节点选择。该方法定义了网络中的极值点，并选择其作为参考节点，且能够同时决定参考节点的数量和位置。此外，由于VCS缺乏方向信息，其在WSNs中的应用受到了很大的限制。因此，有学者提出了拓扑保留图(Topology Preserving Maps，TPMs)方法，能够从VCS中还原出方向信息，并且产生网络拓扑图。TPMs可以保留网络的内部和外部的边界信息(内部边界指网络中的空穴边界)以及节点间的相对位置信息。TPMs为无法获得实际物理坐标情况下的WSN拓扑、路由、边界检测提供了一种很好的解决方法。之后，Yi Jiang等人又对TPMs做出了改进，引入了径向信息，一定程度上减少了视图的扭曲。

虽然VCS目前已经取得了一些研究成果，但是在一些情况下无法得到理想的效果。如ENS方法能够为VCS选择参考节点，但是该方法在具有不规则边界的网络中只能选出少量的参考节点，以此为基础的VCS无法很好的表示网络的特征，生成的网络拓扑图也与实际坐标图相差较大。此外，TPMs方法能够从VCS导出网络的拓扑图，但是其在大规模复杂网络中精度不高，拓扑图的扭曲程度依然很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多极值点选择的拓扑图生成方法，能够适用于更复杂的网络，实现更有效的参考节点选取，更好地反映网络的结构特征，提高生成拓扑图的精度。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于多极值点选择的无线传感器网络拓扑图生成方法，包括以下步骤：

步骤1、在网络中随机选取两个节点R₁和R₂，这两个节点向整个网络洪泛自己的节点信息。

步骤2、网络中的任意节点n_i，在收到R₁和R₂的节点信息后，计算自身基于方向的虚拟坐标值DVC_i；