[发明专利]一种分布式的无线传感器网络拓扑重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式的无线传感器网络拓扑重构方法，能够实现无线传感器网络中支援节点的优化分配，对网络中的失效节点进行替换和修复，保证网络的监测性能。

背景技术

无线传感器网络与传统网络相比具有组网方式灵活、监测信息全面、智能化程度高的特点，是一种全新的信息采集和处理技术，大大地扩展了人类获取信息的能力。基于无线传感器网络的诸多优点，它在工农业生产、国防军事、交通物流、医疗卫生、空间探索，以及楼宇管理、灾情预报等多个领域具有广阔的应用前景和巨大的应用价值。尽管有效的节点部署策略能够在网络初始部署时对网络监测性能进行优化，然而由于单个节点结构简单、能量有限，常因环境干扰、能量耗尽等原因而失效，这使网络的拓扑结构发生变化，网络监测性能受到显著影响。

发明内容

发明目的：针对无线传感器网络中部分节点失效，网络监测性能下降的问题，如果在出现节点失效时，本发明提供一种分布式的无线传感器网络拓扑重构方法，利用冗余的支援节点移动到失效节点位置对失效节点进行修复或者替代，从而改善或恢复网络的监测性能。每个支援节点接收周围固定节点对环境的感知信息并对它们的状态进行监测，检测是否有失效的节点。当失效节点数目超过能够维持最低网络覆盖性能要求所允许的失效节点数目时，支援节点将与失效节点进行配对修复或者替代。为了节约能量，每个支援节点将限制自身的通讯距离，只能与其通讯范围内的节点进行信息传递，同时与其通讯范围内的支援节点交换失效节点的信息并进行优化配对。虽然由于仅基于局部的节点信息，该算法可能不能得到节点分配的最优结果，但不需要依赖于单一的汇聚中心来收集网络全局信息，为网络的实际应用提供了方便。

技术方案：一种分布式的无线传感器网络拓扑重构方法，所述无线传感器网络包括多个无线传感器节点，简称节点。节点根据是否具有移动能力分为固定节点和支援节点。固定节点被部署在网络中后始终处于活跃状态，在网络运行过程中会因能量耗尽及外界干扰而失效。支援节点在网络初始部署时处于休眠状态以节约能量，在出现固定节点失效的情况下可以转为活跃状态，用于修复失效的固定节点。

一、网络特点说明

(1)任一节点i都能进行全方向感知，其覆盖范围是一个以节点为圆心，以节点的感知距离r为半径的圆，即

(2)任一节点i都能进行全方向通讯，其通讯范围是一个以节点为圆心，以节点的通讯距离R为半径的圆，即

(3)所有节点的感知距离r和通讯距离R分别相同；

(4)所有节点满足R≥2r的条件；

(5)所有节点具有位置意识；

(6)所有节点都在同一个二维平面内。

二、节点优化分配方法

每个支援节点都可以获得自身周围的信息，所有支援节点通力合作收集所有失效节点信息。当网络覆盖性能低于应用需求时，支援节点将主动与失效节点进行配对并对其进行修复。为了节约能量，每个支援节点将限制自身的通讯距离，只能与其通讯范围内的节点进行信息传递，同时与其通讯可达支援节点交换失效节点的信息并进行优化配对。虽然由于仅基于局部的节点信息，该算法可能不能得到节点分配的最优结果，但不需要依赖于单一的汇聚中心，为网络的实际应用提供了方便。

为便于说明，定义某一支援节点u的通讯可达支援节点集合如下：Ncu={v∈M|D(u,v)≤R,v≠u}---(1)]]>