[发明专利]一种基于斯坦纳树和凸多边形的WSN分区双连通恢复方法

说明书

本发明涉及一种基于斯坦纳树和凸多边形的WSN分区双连通恢复方法，属于传感器网络连通领域。本发明先确定分区信息，再构造四边形斯坦纳边进行中继节点部署，对未实现连通的剩余分区利用三角形斯坦纳树的方法进行连通，第一轮连通实现后利用格雷厄姆凸壳算法找出分区的所有凸壳顶点，然后将这些顶点连接起来形成凸多边形，并在其构成的路径上部署中继节点实现第二轮连通。第二轮连通路径上的节点在初期不工作，并把第一轮连通中的节点首次无法完成通信作为触发事件，然后进入工作后，仍保持概率p的节点处于休眠状态。本发明减少了中继节点的数量并延长了网络生命周期。

技术领域

本发明涉及一种基于斯坦纳树和凸多边形的WSN分区双连通恢复方法，属于传感器网络连通领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)由于实时感知和可靠传输两个特性被广泛的应用到现实生活中，用于检测恶劣的野外环境数据。但由于外界破坏会造成分区的现象。现阶段对于网络的连通恢复主要通过移动现有节点和部署中继节点来完成。但是移动现有节点只适用于小规模的节点失效，且大量移动现有节点会改变网络拓扑。通过改进算法找到连接分区的最短路径以部署最少的中继节点来恢复网络连通是最有效的办法。现有的部署中继节点的算法非常多，比如蜘蛛网算法，最小生成树算法，骨干多边形算法等。但是大多都不能完全满足在某些关键节点再次失效的情况下，还能保持网络数据的正常采集和传输。并且通过路径的冗余的方式延长网络的生命周期，会导致网络拓扑的复杂性增加，进而造成数据的传输延迟。

发明内容

本发明涉及一种基于斯坦纳树和凸多边形的WSN分区双连通恢复方法，用来解决网络遭外界破坏后造成无法通信的分区如何长时间保持连通的问题。

本发明的技术方案是：一种基于斯坦纳树和凸多边形的WSN分区双连通恢复方法，步骤如下：

Step1确定传感器节点的通信半径R，根据通信半径R让被破换的无线网络中能够进行通信的多个节点构成相应的分区，并获取各分区的位置信息，可以利用现有算法来获取各分区的位置信息以及特定的巡视设备来获取全局的分区信息；

Step2分区完成之后由于还有少数节点单独成区，为了减少中继节点的部署数量以及降低网络拓扑的复杂度，将位于各分区外的单独节点通过现有节点的移动连接归入合适的分区内达到统一分区的目的；

(1)将所有分区抽象为节点，并按照与单独节点k的距离从小到大依次存放在数组S中；

(2)将单独节点k与数组S中的第一个分区Seg_A中内的所有节点按照距离从小到大存放在数组A中；

(3)选取分区Seg_A中距离单独节点k最近的一个叶子节点i用于移动连接，叶子节点即度为0的节点，叶子节点i的一端与单独节点k连接，另外一端与数组A中的第一个节点j连接，并且判断是否满足|ξ(i)-ξ(k)|＜R且|ξ(i)-ξ(j)|＜R，ξ(i)、ξ(k)和ξ(j)分别表示叶子节点i、单独节点k和节点j的位置，|ξ(i)-ξ(k)|＜R表示叶子节点i和单独节点k之间的距离小于传感器节点的通信半径R，即叶子节点i和单独节点k之间可以互相通信，若满足则实现单独节点k与分区Seg_A的统一成区，若不满足则选取距离次近的叶子节点与数组A中的下一个节点进行连接；

(4)若单独节点k与分区Seg_A中的所有节点均连接不成功，则继续选择数组S中的下一个分区进行连接。

Step3将步骤Step2形成的分区抽象为节点，一般分区抽象为节点即将分区中的所有节点连接成多边形，并确定多边形的中心为抽象后的节点，利用枚举法枚举出所有的非退化型四边形，非退化型四边形是指四边形的四个内角均小于120°，然后将这些四边形按照周长从小到大的顺序存放在数组p中；