[发明专利]一种基于连通性的WSN空洞节点检测方法

摘要

本发明涉及一种基于连通性的WSN空洞节点检测方法，属于无线传感器技术领域，本方法首先根据网络节点连通性信息构建跨度最大且相互垂直的第一条最短路径和第二条最短路径，同时确定各路径下其他节点的节点属性；然后根据网络节点连通性信息、节点属性和网络空洞阻隔同边同维度节点连接的特性来确定各路径下的网络空洞边节点；根据网络节点连通性信息、节点属性和网络边界节点处于同边同纬度相隔最远的特性来确定各路径下的边界节点；最后对各路径下的网络空洞边节点和边界节点分别进行整合。本发明不仅能在保证检测准确度不下降的前提下，简化检测算法，降低网络通信量，而且算法的普适性高。

主权项

一种基于连通性的WSN空洞节点检测方法，其特征在于：首先根据网络节点连通性信息构建跨度最大且相互垂直的第一条最短路径和第二条最短路径，同时确定各路径下其他节点的节点属性；然后根据网络节点连通性信息、节点属性和网络空洞阻隔同边同纬度节点连接的特性来确定各路径下的网络空洞边节点；根据网络节点连通性信息、节点属性和网络边界节点处于同边同纬度相隔最远的特性来确定各路径下的边界节点；最后对各路径下的网络空洞边节点和边界节点分别进行整合；包括以下步骤：第一步、获取网络节点连通性信息，并且上传至汇聚节点；第二步、通过网络节点连通性信息构建网络中节点最短路径跳数记录表—shortest_path表和节点最短路径节点记录表—shortest_map表；第三步、根据shortest_path表和shortest_map表构建跨度最大的第一、第二条最短路径，所述第一、第二条最短路径相互垂直，并在第一条最短路径下，完成网络中其他节点距离第一条最短路径的第一属性，并根据网络中其他节点距离第一条最短路径的第一属性将所有节点划在不同纬度、不同小组、不同边的第一集合中；在第二条最短路径下，完成网络中其他节点距离第二条最短路径的第二属性，并根据网络中其他节点距离第二条最短路径的第二属性将所有节点划在不同纬度、不同小组、不同边的第二集合中；第四步、根据不同纬度、不同小组、不同边的节点第一集合以及shortest_path和 shortest_map表，利用网络空洞阻隔同边同纬度节点连接的特性来判断第一网络空洞边节点以及确定第一网络空洞边界圆；根据不同纬度、不同小组、不同边的节点第二集合以及shortest_path和shortest_map表，利用网络空洞阻隔同边同纬度节点连接的特性来判断第二网络空洞边节点以及确定第二网络空洞边界圆；第五步、完成第一、第二空洞边界圆后，对第一、第二空洞边界圆的节点优化，去除不符合的节点；第六步、根据不同纬度、不同小组、不同边的节点第一集合以及shortest_path表和shortest_map表，利用网络边界节点处于同边同纬度相隔最远的特点来选择第一边界节点以及确定第一边界节点路径；根据不同纬度、不同小组、不同边的节点第二集合以及shortest_path表和shortest_map表，利用网络边界节点处于同边同纬度相隔最远的特点来选择第二边界节点以及确定第二边界节点路径；第七步、对第一网络空洞边节点和第二网络空洞边节点整合，对第一边界节点和第二边界节点整合；在第一步中，网络节点连通性信息的获取方法为通过网络中每个节点向网络中广播一个寻求邻居节点的信号，当某一接收节点收到信号后，返回确认信号，表明自己可以与发射信号直接通信，是其邻居节点，发射信号节点记录发回确认信号的所有邻居节点；上传至汇聚节点的方法为通过无线传感器网络的工作特点，采用多跳的工作机制，将网络的连通性信息传至到网络 的汇聚节点，且在汇聚点表格记录，其中该表格中第一行与第一列表示节点的Id，其交汇处表示节点Idi与节点Idj是否相互连通，1则表示可直接连通，0则表示不能直接相互连通，相同节点连通性信息记录为0；在第二步中，shortest_path表记录任意两个节点组成的节点对之间的最小跳数，其中该表格中第一行与第一列表示节点的Id，其交汇处表示节点Idi与节点Idj的跳数，Inf表示节点之间不相连通；shortest_map表中记录节点与节点之间连通的最短路径上的节点；在第三步中，跨度最大的最短路径确定依据网络中shortest_path记录表中跳数最大的可连接节点对，如果表中存在多个跳数等于最大跳数的节点对，选取节点对的邻居节点总和最小的节点对，在确定最大跨度节点工作后，通过在shortest_map记录中的所有连接该节点对的节点路径中选择适合的一条路径，其选取的准则为选择路径上所有节点的邻居节点总和最大的路径，且该路径穿过网络的节点密集区域；其他节点距离最短路径的属性是指：确定网络中其他节点距离零纬度线的属性，该零纬度线指最短路径，这些属性包括节点所处的纬度、组号以及边号；所述纬度是指节点距离零纬度线的最小跳数；所谓分组就是在纬度大于2的所有节点中，如果同纬度的节点可以相互连通，而不 需要跨过其他纬度的节点，将这些可以相互连通的所有节点划为同一小组，同纬度不可以直接连通或通过同纬度节点连通的节点将处于不同的小组；所谓边划分是从最高纬度某一小组的节点开始，该小组内节点到零纬度线上节点的最短路径上所有节点划为同一边，同时，同一小组中节点也属于同一边；在第四步中，所述网络空洞节点判断方法为：网络空洞节点检测首先从某一边最高纬度节点开始，依次获取该边不同纬度的所有节点集合，通过判断同边同纬度节点集合中是否存在多个小组，如果存在则表明该边该纬度节点集合被网络空洞阻隔不能够直接连通，其确定网络空洞边节点的方法如下，首先判断同边同纬度小组中被网络空洞阻隔的相邻小组之间的最短路径节点对，其选取标准依然是通过同边同纬度不同小组节点集合之间节点对在shortest_path记录表中最小值的节点对，如果有多个节点存在，选取节点对的邻居节点数最小的节点对，若如其邻居节点数相同，任意选取其中一对；网络空洞边节点的判断如下：a、判断在shortest_map记录表中节点Idi与节点Idj的最短路径中是否同时存在两种路径，如果不是，转到步骤b；b、判断在shortest_map记录表中节点Idi与节点Idj之间的最短路径是否是跨高纬度路径，如果不是，转到步骤c；c、判断在shortest_map记录表中节点Idi与节点Idj之间的最短路径是否是跨低纬度路径，在存在跨低纬度路径的情况中存在两种情形：一种是高纬度路径上 也存在连通路径：此时首先确定跨高纬度的最短路径上的节点，其确定准则同b，然后寻找其跨低纬度的最短路径上的节点，其寻找路径方法是去掉网络中高纬度所有节点，只保留该纬度和其低纬度的局部节点集合，在这些节点组成的局部网络中，通过构建其最短跳数记录表——shortest_map_temp，通过最短路径记录表，使用同样的准则完成跨低纬度路径节点，最终完成网络空洞节点边界圆的确定；另一种是只存在低纬度连通路径：此时网络局部节点所构建的最短路径记录表shortest_path_temp中该空洞节点对是不存在连通路径的，其空洞节点边界就为低纬度路径上的节点；在第六步中，边界节点以及边界节点路径实现步骤：a、获取同边同纬度值的节点集合中相距最远的节点对，记录在各个纬度节点对表中，其判断方法同样是查找同边同纬度节点之间shortest_path中最大值；如若同边同纬度节点集合中存在多对符合条件的节点，选取该节点对的邻居节点数最少的节点对，从最高纬度的节点看，其两个节点对属于两个不同方向，分别叫做左侧节点和右侧节点，如果同纬度中只存在一个节点，将左侧节点与右侧节点同时标记为该节点；b、从高纬度开始判断边界节点对的左侧节点与右侧节点相互对应，如果对应，连接相邻纬度的同侧节点，如果不对应，纠正左右侧节点后连接相邻纬度的同侧节点；连接相邻纬度边界节点对的方法同样是查找shortest_map记 录表中路径中所有节点的邻居节点最少的路径作为边界节点，依次下去，直到该边的不同纬度的边界节点完成路径的连接。