[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

摘要

本发明提供一种基于节点邻居关系的无线传感网络拓扑自愈算法，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；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；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’。仿真实验表明，在大部分情况下该发明都能快速地产生网络的一个接近最优的MCDS。该发明仅依靠节点的邻居信息快速地构造一个新的MCDS’，很好地解决了由于节点失效所造成的网络拓扑改变的问题，不仅能够恢复网络拓扑的连通性，还有效地解决延长WSN生命期的问题。

主权项

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’。