[发明专利]适用于动态水流场景的水下无线传感器网络拓扑修复方法

权利要求书

1.适用于动态水流场景的水下无线传感器网络拓扑修复方法，其特征在于，所述网络拓扑修复方法根据所有互不连通的水下子网络的位置分布特征构建连接所有子网络和水面汇聚节点的修复路径阶段过程：包括如下步骤：

步骤101：选定每个水下子网络的簇首节点并设定所有簇首节点的连接状态为激活状态；

步骤102：判断每个水下传感器节点到水面汇聚节点在时间段t内是否是传输可靠，若传输可靠的，则该水下传感器节点代替原先其所在水下子网络的簇首节点成为该水下子网络的新簇首节点，并将自身连接状态改为休眠状态；否则，进入下一步103；

步骤103：将汇聚节点设定为目标点，并定义一个空集合为该目标点的执行集合；将所有处于激活状态的簇首节点存入目标点执行集合中，并对目标点执行集合的簇首节点按照各自到达点目标点的欧式距离从大到小进行排序；

步骤104：选择目标点执行集合中排名最前面的且处于激活状态的簇首节作为当前执行节点，并定义两个空集合分别作为该执行节点的候选随从集合和随从集合；将目标点执行集合中其它处于激活状态的簇首节点存入该当前执行节点的候选随从集合中，对该当前执行节点的候选随从集合的簇首节点按照各自到达该执行节点的欧式距离从小到大进行排序；

步骤105：依次判断在当前执行节点的候选随从集合中的每个簇首节点是否能够加入到该执行节点的随从集合中过程：

将当前执行节点作为第一个元素存入它的随从集合中；

选择候选随从集合中排名最前面的簇首节点作为候选节点，并计算当前执行节点的随从集合中所有元素与目标点组成的数据集的1-中位点；

计算该数据集所有元素到该1-中位点的距离和，并记为d₁，计算候选节点到汇聚节点的距离，并记为d₂，计算当前执行节点EN随从集合中所有元素、目标点与候选节点组成的数据集的1-中位点，计算该数据集所有元素到该1-中位点的距离和，并记为d₃；

对比d₁，d₂，d₃之间的关系，若d₃d₁+d₂，则将该候选节点添加到当前执行节点的随从集合中，并将该候选节点从执行集合中删除；

无论是否被添加到当前执行节点的随从集合中，该候选节点都从当前执行节点的候选随从集合中删除；重复该步骤直至当前执行节点的候选随从集合变为空集；

步骤106：重复步骤104-105直至执行集合变为空集；

步骤107：根据每个随从集合中的簇首节点信息，构建拓扑修复路径的过程；

步骤108：对于任意一个随从集合，将其对应的1-中位点作为新的目标点，并将这个随从集合变为执行集合；

步骤109：执行上述步骤103-108，直至该随从集合对应的执行集合变为空集；

步骤110：重复步骤109，直至所有随从集合对应的执行集合变为空集；

步骤111：重复上述步骤109-110，直至所有簇首节点的连接状态为休眠状态；将上述步骤中生成的所有目标点存入分支点集合的空集合中。

2.根据权利要求1所述的适用于动态水流场景的水下无线传感器网络拓扑修复方法，其特征在于，所述步骤107中根据每个随从集合中的簇首节点信息，构建拓扑修复路径的过程；包括如下步骤：

计算每个簇首节点个数大于1的随从集合中所有簇首节点与目标点组成的数据集的1-中位点；将目标点和每个随从集合的对应的1-中位点连接，构建修复路径；

分别判断每个随从集合中每个簇首节点到达点它所在随从集合的1-中位点在时间段t内是否传输可靠，若是传输可靠的，则将该簇首节点从对应的随从集合中删除，并将该簇首节点的连接状态改为休眠状态，将休眠的簇首节点和对应的随从集合的1-中位点连接，构建修复路径；

计算当前随从集合的簇首节点的个数，若为1，则将该随从集合中的簇首节点的连接状态改为休眠状态；将休眠的簇首节点和对应的随从集合的1-中位点连接，构建修复路径；

其中：在判断每个随从集合中每个簇首节点到达点中位点在时间段t内是否传输可靠的过程中，1-中位点看成一个位置不变的水下传感器节点。

3.根据权利要求1所述的适用于动态水流场景的水下无线传感器网络拓扑修复方法，其特征在于，所述网络拓扑修复方法还通过贪心移动布置修复节点过程，包括如下步骤；

步骤201：在分支点集合中所有元素的位置坐标上部署一个分支节点；

步骤202：将每一级的分支节点作为初始节点，其下一级分支节点或同级叶子节点为终止节点；即所有修复路径的路段可以看成由一个初始节点和一个终止节点连接而成；

步骤203：每个与初始节点相连的终止节点判断自身到达初始节点是否是传输可靠的，若是，则说明该修复路径的路段不需要再部署修复节点；若不是，则说明该段部署路径需要再部署修复节点去保障数据传输可靠性；

步骤204：在不满足传输可靠性的路段上部署修复节点使初始节点能够和终止节点可靠传输的过程：

在该路段上沿终止节点方向距离初始节点为r的位置上修复节点，判断该修复节点到达初始节点是否是传输可靠的，若是，则该修复节点部署在该位置上；若不是，则该修复节点向着初始节点方向移动距离Δd；

Δd的表达式如下：

Δd＝mr.    (1)

式中：r为水下修复节点的通信半径；m是移动距离调节系数，通常设定其为等于或小于0.05的一个正实常数；

重复上述过程直至该修复节点移动到能够使其到达源节点是传输可靠的位置；

将该修复节点转化为初始节点，原先初始节点不再作为初始节点；判断该修复节点到达到其终止节点是否传输可靠，若可靠，则该路段完成修复节点部署；若不可靠，则继续在该路段上沿终止节点方向距离初始节点为r的位置上放置一个修复节点，重复上面移动环节完成该修复节点的部署；其中：

停止在该路段上添加修复节点的条件是存在一个RN达到其终止节点是传输可靠的为止；

步骤205：重复步骤204直至所有路径上的终止节点到达其初始节点是传输可靠的。