專利名稱：多傳感器可靠性網(wǎng)絡(luò)的并行組網(wǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的并行組網(wǎng)方法，具體是無線傳感器的并行快速組網(wǎng)方法和網(wǎng)絡(luò)可靠性設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由在空間上分散的自組織節(jié)點(diǎn)組成，用來協(xié)同探測和監(jiān)控特定區(qū)域的狀況，典型的傳感器節(jié)點(diǎn)是孤立的、分散的，為了獲得更好的探測性能，需要經(jīng)過自組織的方式進(jìn)行通信并形成一個(gè)相互連通的網(wǎng)絡(luò)，才能將探測信息進(jìn)行交互與融合，以獲得最佳探測性能，這一過程稱之為初始化組網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)可靠性是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在某些節(jié)點(diǎn)失效后仍能正常工作。傳統(tǒng)的組網(wǎng)方法在面對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)時(shí)，初始化過程往往要花費(fèi)幾分鐘到幾十分鐘。而有時(shí)因?yàn)槿蝿?wù)的緊迫性或壞境的惡劣性，不得不考慮多傳感器的快速組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)可靠性要求。 經(jīng)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，公開號(hào)為CN101902798A，
公開日期為2010. 12.01的專利
“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)方法”提供了一種快速組網(wǎng)的方法。首先，通過博弈競爭確定簇頭節(jié)點(diǎn)，然后簇頭節(jié)點(diǎn)同時(shí)并行的組建網(wǎng)絡(luò)，最后通過簇頭與簇成員的退位與升格處理保證聯(lián)通性。但該方法沒有考慮在傳感器初始化組網(wǎng)后，若所建網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)多個(gè)連通分量，如何保證網(wǎng)絡(luò)為全連通網(wǎng)絡(luò)的情況，且沒有考慮所建的傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性問題，而網(wǎng)絡(luò)可靠性是網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定和抗毀能力的基本要素。在緊迫任務(wù)下，多傳感器并行組網(wǎng)時(shí)，需使可靠性讓步于時(shí)效性，要求快速地組建一個(gè)具有一定抗毀性的探測、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。另外也需要考慮到傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)失效和新入節(jié)點(diǎn)情況下，網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)能力。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多傳感器可靠性網(wǎng)絡(luò)的并行組網(wǎng)方法，能夠快速組建一個(gè)具有一定可靠性的多傳感器網(wǎng)絡(luò)，并使網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)失效或新節(jié)點(diǎn)接入時(shí)，能夠迅速重新組建成可靠網(wǎng)絡(luò)，使多傳感器組成的無線網(wǎng)絡(luò)具有一定的自愈能力和靈活組網(wǎng)特性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟步驟I :對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)，確定被隨機(jī)選為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)
^丨gA/.，其中，C為常數(shù)，一般取值為0.廣1，N是傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，f是傳感器網(wǎng)絡(luò)
TT
的冗余系數(shù)，T是傳感器節(jié)點(diǎn)通信傳輸半徑和傳感器布撒范圍的半徑的比值；步驟2 :以隨機(jī)的方式從N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選取n個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其余N-n個(gè)節(jié)點(diǎn)成為成員節(jié)點(diǎn)；步驟3 :在T時(shí)間內(nèi)，簇頭節(jié)點(diǎn)向自身的通信半徑R范圍內(nèi)的傳感器廣播消息，發(fā)出組網(wǎng)邀請(qǐng)；若收到任意傳感器的響應(yīng)消息，則與其建立連接，更新簇頭路由表；
在T時(shí)間內(nèi)，所有成員節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)偵聽，當(dāng)受到簇頭節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)要求時(shí)，檢查若滿足通信距離要求，則返回響應(yīng)消息，與發(fā)出邀請(qǐng)的簇頭節(jié)點(diǎn)建立通信連接；否則繼續(xù)偵聽；步驟4 :在T時(shí)間內(nèi)，如果有簇頭節(jié)點(diǎn)獲得其他簇頭節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)邀請(qǐng)，并建立了連接則退化為成員節(jié)點(diǎn)；而如果有成員節(jié)點(diǎn)未收到簇頭節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)邀請(qǐng)，則該節(jié)點(diǎn)升級(jí)為簇頭，返回步驟3，重新進(jìn)行并行組網(wǎng)；否則進(jìn)入步驟5 ；步驟5 :當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)都并入網(wǎng)中后，若此時(shí)成員節(jié)點(diǎn)組建的傳感器網(wǎng)絡(luò)存在多個(gè)連通分量，則進(jìn)入步驟6 ;否則進(jìn)入步驟7 ；步驟6 :尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立通信連接，直至傳感器網(wǎng)絡(luò)成為全連通網(wǎng)絡(luò)為止，轉(zhuǎn)到步驟7 ；步驟I :調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可靠性，方法如下 I)利用深度優(yōu)先搜索求網(wǎng)絡(luò)圖的關(guān)節(jié)點(diǎn)，若存在關(guān)節(jié)點(diǎn)則轉(zhuǎn)步驟2);否則轉(zhuǎn)步驟3)；2)假設(shè)去掉第i個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)和與關(guān)節(jié)點(diǎn)直接相連接的通信鏈路，在形成的連通分量間，尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個(gè)成員節(jié)點(diǎn)建立通信連接，循環(huán)執(zhí)行2)直到網(wǎng)絡(luò)中沒有關(guān)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟3)；3)重復(fù)步驟1)、2)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，直到網(wǎng)絡(luò)成為重連通網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明的有益效果是經(jīng)驗(yàn)證，本發(fā)明的組網(wǎng)方法，能將大規(guī)模傳感器連接成具有一定可靠度的傳感器網(wǎng)絡(luò)。傳感器按照一跳范圍進(jìn)行并行組網(wǎng)，使初始組網(wǎng)時(shí)間由以最小可組成連接的時(shí)間單位并行進(jìn)行，大為縮減初始組網(wǎng)時(shí)間。并且，初始組網(wǎng)的時(shí)間不會(huì)因需要組網(wǎng)的傳感器規(guī)模的增加而增加，而只與傳感器的分散密度有關(guān)。在初始化網(wǎng)絡(luò)后，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)關(guān)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和冗余鏈路添加，保證了所建傳感器網(wǎng)絡(luò)為連通度大于2的重連通網(wǎng)絡(luò)。這使得傳感網(wǎng)結(jié)構(gòu)可在不進(jìn)行復(fù)雜修改的情況下，獲得一定的可靠性和抗打擊能力。本發(fā)明的組網(wǎng)方法簡單明了，結(jié)果可靠有效。


圖I是多傳感器組網(wǎng)流程圖；圖2是初始布撒后第一跳并行組網(wǎng)情況示意圖；圖3是一個(gè)成員節(jié)點(diǎn)升級(jí)為簇頭示意圖；圖4是新簇頭節(jié)點(diǎn)并行組網(wǎng)后求出的關(guān)節(jié)點(diǎn)分布示意圖；圖5是調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可靠性后組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
具體實(shí)施例方式假設(shè)多傳感器分布的范圍為傳感器布撒后，若以一個(gè)可以將所有傳感器包含在內(nèi)的最小的圓為傳感器布撒范圍，假設(shè)其半徑為R';參與組網(wǎng)的相同類型傳感器有N個(gè)，傳感器處于同一平面內(nèi)，且位置一經(jīng)布撒就固定不變；若將要組建的傳感網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)劃分為多個(gè)“簇”，以簇為單位進(jìn)行并行組網(wǎng)，則每個(gè)簇的簇頭負(fù)責(zé)將其簇內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)連接起來。假設(shè)被隨機(jī)選為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n ;構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)的冗余度要求為f ;建立連接的詢問周期時(shí)間為T ;滿足傳感器通信約束的通信半徑R。組網(wǎng)方法執(zhí)行的步驟如下(參加附圖I):步驟I :對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)，根據(jù)總傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)、布撒區(qū)域面積與網(wǎng)絡(luò)冗余系數(shù)要求，確定簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)n為
權(quán)利要求
1 一種多傳感器可靠性網(wǎng)絡(luò)的并行組網(wǎng)方法，其特征在于包括下述步驟 步驟I:對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)，確定被隨機(jī)選為簇頭的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)n=C-K-\gN f，其中，c為常數(shù)，一般取值為ο.廣1，N是傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，f是傳感器網(wǎng)絡(luò)的冗余系數(shù)，τ是傳感器節(jié)點(diǎn)通信傳輸半徑和傳感器布撒范圍的半徑的比值； 步驟2 :從N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中隨機(jī)選取η個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，其余Ν-η個(gè)節(jié)點(diǎn)成為成員節(jié)點(diǎn)； 步驟3 :在T時(shí)間內(nèi)，簇頭節(jié)點(diǎn)向自身的通信半徑R范圍內(nèi)的傳感器廣播消息，發(fā)出組網(wǎng)邀請(qǐng)；若收到任意傳感器的響應(yīng)消息，則與其建立連接，更新簇頭路由表； 在T時(shí)間內(nèi)，所有成員節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)偵聽，當(dāng)受到簇頭節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)要求時(shí)，檢查若滿足通信距離要求，則返回響應(yīng)消息，與發(fā)出邀請(qǐng)的簇頭節(jié)點(diǎn)建立通信連接；否則繼續(xù)偵聽；步驟4 :在T時(shí)間內(nèi)，如果有簇頭節(jié)點(diǎn)獲得其他簇頭節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)邀請(qǐng)，并建立了連接則退化為成員節(jié)點(diǎn)；而如果有成員節(jié)點(diǎn)未收到簇頭節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)邀請(qǐng)，則該節(jié)點(diǎn)升級(jí)為簇頭，返回步驟3，重新進(jìn)行并行組網(wǎng)；否則進(jìn)入步驟5 ； 步驟5:當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)都并入網(wǎng)中后，若此時(shí)成員節(jié)點(diǎn)組建的傳感器網(wǎng)絡(luò)存在多個(gè)連通分量，則進(jìn)入步驟6 ;否則進(jìn)入步驟7 ； 步驟6 :尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立通信連接，直至傳感器網(wǎng)絡(luò)成為全連通網(wǎng)絡(luò)為止，轉(zhuǎn)到步驟7 ； 步驟7 :調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可靠性，方法如下 1)利用深度優(yōu)先搜索求網(wǎng)絡(luò)圖的關(guān)節(jié)點(diǎn)，若存在關(guān)節(jié)點(diǎn)則轉(zhuǎn)步驟2);否則轉(zhuǎn)步驟3)； 2)假設(shè)去掉第i個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)和與關(guān)節(jié)點(diǎn)直接相連接的通信鏈路，在形成的連通分量間，尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個(gè)成員節(jié)點(diǎn)建立通信連接，循環(huán)執(zhí)行2)直到網(wǎng)絡(luò)中沒有關(guān)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)步驟3)； 3)重復(fù)步驟1)、2)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，直到網(wǎng)絡(luò)成為重連通網(wǎng)絡(luò)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多傳感器可靠性網(wǎng)絡(luò)的并行組網(wǎng)方法，對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)后，隨機(jī)選取n個(gè)節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，各簇頭執(zhí)行并行組網(wǎng)，并完成節(jié)點(diǎn)的升格與退位處理，所有節(jié)點(diǎn)都并入網(wǎng)中后，判斷是否存在連通分量并構(gòu)建全連通網(wǎng)絡(luò)，最后調(diào)整網(wǎng)絡(luò)可靠性。本發(fā)明能夠快速組建一個(gè)具有一定可靠性的多傳感器網(wǎng)絡(luò)，并使網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)失效或新節(jié)點(diǎn)接入時(shí)，能夠迅速重新組建成可靠網(wǎng)絡(luò)，使多傳感器組成的無線網(wǎng)絡(luò)具有一定的自愈能力和靈活組網(wǎng)特性。
文檔編號(hào)H04W40/24GK102740310SQ201210210519
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者李金亮, 符小衛(wèi), 高曉光 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)