修复无线传感器网络中漏洞的方法技术

本发明专利技术涉及一种修复无线传感器网络中漏洞的方法，其中包括根据粗栅格区域和细栅格区域建立生成树分支并放置新的信标节点，根据生成树算法寻找通向最近漏洞的细栅格区域，并调整生成树分支，到达漏洞后放置一个新信标节点采用了本发明专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法，利用划分粗栅格和细栅格解决覆盖、避障和漏洞问题，本方法通过定位冗余漏洞确定运动方向，同时在检测到障碍物时调整路线避开，根据移动路径调整生成树分支，保证机器人能够到达漏洞并设置新的信标节点，修复漏洞，现无线传感器网络完全覆盖，增强了机器人的灵活性、鲁棒性和精确性，具有更广泛的应用范围。

Ways to repair vulnerabilities in Wireless Sensor Networks

The invention relates to a method for repairing vulnerabilities in wireless sensor networks, which includes establishing spanning tree branches and placing new beacon nodes according to coarse and fine raster regions, searching fine raster regions leading to the nearest vulnerability according to spanning tree algorithm, adjusting spanning tree branches, and placing a new message after reaching the vulnerability. The target node adopts the method of repairing vulnerabilities in wireless sensor networks according to the present invention. The problem of coverage, obstacle avoidance and vulnerability can be solved by dividing coarse grids and fine grids. The method determines the direction of motion by locating redundant vulnerabilities, adjusts route avoidance when obstacles are detected, and adjusts spanning tree branches according to the moving path. To ensure that the robot can reach the vulnerability and set up new beacon nodes, repair the vulnerability, wireless sensor networks are fully covered, enhance the flexibility, robustness and accuracy of the robot, with a wider range of applications.

【技术实现步骤摘要】
修复无线传感器网络中漏洞的方法
本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及无线传感器网络领域，具体是指一种修复无线传感器网络中漏洞的方法
技术介绍
计算机技术、无线通信、信息网络与集成电路等技术的不断革新推动着无线传感器网络技术的飞速发展。无线传感器网络(wirelesssensornetwork，WSN)是为监测特定区域并获取其中有用信息而在区域内布置大量传感器节点形成的一个多跳自组织的网络系统。无线传感器节点的部置直接影响网络的覆盖程度，进而制约网络的服务质量。当前相当一部分对无线传感器网络的研究集中在如何提高无线传感器网络的覆盖率上。无线传感器网络的覆盖率问题是网络构件初期和传感器网络应用过程中的重要环节，网络覆盖程度反映了网络所能提供的“感知”服务质量。由于传感器节点的随机分布，网络覆盖区域存在相互交叠、部分区域没有被任何节点检测到的现象，这样既浪费资源，又遗漏检测区域的监测信息使得传感器无法收集、处理并转发完整信息，部分区域脱离控制且得不到反馈。同时，由于漏洞的存在，漏洞边界的网络负载全部施加在边界节点上，使得边界节点能量消耗过度而相继“死亡”，最终导致漏洞扩散，甚至缩短整个网络的寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种通过寻找细栅格区域漏洞从而调整生成树分支、实现无线传感器网络完全覆盖的修复无线传感器网络中漏洞的方法。为了实现上述目的，本专利技术的具有如下构成：该修复无线传感器网络中漏洞的方法，其主要特点是，无线传感器网络中包含一个移动机器人，所述的无线传感器网络中包括数个已知坐标的信标节点，所述的移动机器人可以与在其通信半径内的所述的已知坐标的信标节点建立通信连接，所述的方法包括以下步骤：(1)所述的机器人将所述的探测区域分割成数个粗栅格区域，并将所述的粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(2)所述的机器人根据所述的探测区域的已知情况将所述的细栅格区域标记为已覆盖细栅格区域、未覆盖细栅格区域或者障碍物子区域，并且所述的机器人根据所述的已覆盖细栅格区域、所述的未覆盖细栅格区域或者所述的障碍物区域的标记将所述的粗栅格区域标记为已覆盖粗栅格区域或未覆盖粗栅格区域，建立网络覆盖地图；(3)所述的机器人判断所述的网络覆盖地图是否存在所述的未覆盖粗栅格区域，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(9)；(4)所述的机器人选择任一未覆盖粗栅格区域的位置作为运动方向；(5)所述的机器人根据建立通信连接的已知坐标的信标节点确定当前位置；(6)所述的机器人在移动中建立生成树分支并放置新的信标节点；(7)所述的机器人判断是否到达所述的网络覆盖地图的终点，如果是，则继续步骤(9)，否则返回步骤(3)；(8)所述的机器人判断所述的网络覆盖地图是否存在漏洞，如果是，则继续步骤(9)，否则结束本方法；(9)所述的机器人根据生成树算法寻找通向最近漏洞的细栅格区域；(10)所述的机器人根据生成树算法调整相应的生成树分支；(11)所述的机器人到达所述的最近漏洞的位置并放置一个新信标节点；(12)所述的机器人更新所述的网络覆盖地图。进一步地，所述的步骤(10)和(11)之间，还包括以下步骤：当所述的机器人探测到障碍物，则改变其移动方向。进一步地，所述的机器人根据生成树算法寻找通向最近漏洞的细栅格区域，具体为：所述的机器人根据生成树算法逆时针方向寻找通向最近漏洞的细栅格区域。进一步地，所述的机器人根据生成树算法调整树分支，具体为：所述的机器人根据生成树算法逆时针方向调整树分支。采用了本专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法，利用划分粗栅格和细栅格解决覆盖、避障和漏洞问题，本方法通过定位冗余漏洞确定运动方向，同时在检测到障碍物时调整路线避开，根据移动路径调整生成树分支，保证机器人能够到达漏洞并设置新的信标节点，修复漏洞，现无线传感器网络完全覆盖，增强了机器人的灵活性、鲁棒性和精确性，具有更广泛的应用范围。附图说明图1为本专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法的流程图。图2为本专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法的规划路径的示意图。图3为本专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法的一个具体实施例的流程图。图4为本专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法的修复漏洞的示意图。具体实施方式为了能够更清楚地描述本专利技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。如图1所示，为本专利技术的修复无线传感器网络中漏洞的方法的流程图。在无线传感器网络环境中，坐标已知的节点称为信标节点(或锚节点)，无线传感器网络中包含一个移动机器人和数个已知坐标的信标节点，移动机器人可以与在其通信半径内的所述的已知坐标的信标节点建立通信连接，方法包括以下步骤：(1)机器人将探测区域分割成数个粗栅格区域，并将粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(2)机器人根据探测区域的已知情况将细栅格区域标记为已覆盖细栅格区域、未覆盖细栅格区域或者障碍物子区域，并且机器人根据已覆盖细栅格区域、未覆盖细栅格区域或者障碍物区域的标记将粗栅格区域标记为已覆盖粗栅格区域或未覆盖粗栅格区域，建立网络覆盖地图；(3)机器人判断网络覆盖地图是否存在未覆盖粗栅格区域，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(8)；(4)机器人选择任一未覆盖粗栅格区域的位置作为运动方向；(5)机器人根据建立通信连接的已知坐标的信标节点确定当前位置；(6)机器人在移动中建立生成树分支并放置新的信标节点；(7)机器人判断是否到达网络覆盖地图的终点，如果是，则继续步骤(8)，否则返回步骤(3)；(8)机器人判断网络覆盖地图是否存在漏洞，如果是，则继续步骤(10)，否则结束本方法；(9)机器人根据生成树算法寻找通向最近漏洞的细栅格区域；(10)机器人根据生成树算法调整相应的生成树分支；(11)机器人到达最近漏洞的位置并放置一个新信标节点；(12)机器人更新网络覆盖地图并返回步骤(8)。在一个具体实施例中，机器人利用地图栅格分解法将探测区域分割成数个粗栅格区域，并将粗栅格区域分割成数个细栅格区域，当在一个虚拟网格中通过增量式部署足够多的信标节点实现网络覆盖时，该网络环境可能仍然无法适用于机器人工程需要，由于许多定位算法需要至少两个信标节点完成机器人动态定位。在此情况下，网络环境要求达到合理的k重网络覆盖。本方法用粗栅格和细栅格解决避障和避免网络覆盖漏洞问题。粗栅格的栅格尺寸定义为一个信标节点的感知范围。细栅格的栅格尺寸定义为1m×1m的网格。为了减少计算复杂度，将探索区域分割成子区域。一个子区域为50m×50m，并平均分割成50×50个网格，即细栅格。细栅格是网络覆盖地图的基础，可以标记为已覆盖细栅格(定义为被信标节点通信半径r覆盖的栅格)、未覆盖细栅格(定义为未被任何信标节点覆盖的栅格)或障碍物(如果机器人探测该物体为障碍物的情况)。并且，如果在同一方向的粗栅格内存在未覆盖细栅格，则从机器人当前位置到未覆盖细栅格的粗栅格区域标记为未覆盖粗栅格。否则，粗栅格标记为已覆盖粗栅格。并且，本方法通过两个阶段建立在线规划路径，包括粗栅格阶段和细栅格阶段。在粗栅格阶段，如果在一个方向上存在网络漏洞，生成树假设该方向为未覆盖粗栅格，按照逆时针方向拓展生存树，包括向右、向上、向左和向下。然后，如果机器人探测到障碍物，则按照逆时针方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种修复无线传感器网络中漏洞的方法，其特征在于，所述的无线传感器网络中包含一个移动机器人，所述的无线传感器网络中包括数个已知坐标的信标节点，所述的移动机器人可以与在其通信半径内的所述的已知坐标的信标节点建立通信连接，所述的方法包括以下步骤：(1)所述的机器人将所述的探测区域分割成数个粗栅格区域，并将所述的粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(2)所述的机器人根据所述的探测区域的已知情况将所述的细栅格区域标记为已覆盖细栅格区域、未覆盖细栅格区域或者障碍物子区域，并且所述的机器人根据所述的已覆盖细栅格区域、所述的未覆盖细栅格区域或者所述的障碍物区域的标记将所述的粗栅格区域标记为已覆盖粗栅格区域或未覆盖粗栅格区域，建立网络覆盖地图；(3)所述的机器人判断所述的网络覆盖地图是否存在所述的未覆盖粗栅格区域，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(9)；(4)所述的机器人选择任一未覆盖粗栅格区域的位置作为运动方向；(5)所述的机器人根据建立通信连接的已知坐标的信标节点确定当前位置；(6)所述的机器人在移动中建立生成树分支并放置新的信标节点；(7)所述的机器人判断是否到达所述的网络覆盖地图的终点，如果是，则继续步骤(9)，否则返回步骤(3)；(8)所述的机器人判断所述的网络覆盖地图是否存在漏洞，如果是，则继续步骤(9)，否则结束本方法；(9)所述的机器人根据生成树算法寻找通向最近漏洞的细栅格区域；(10)所述的机器人根据生成树算法调整相应的生成树分支；(11)所述的机器人到达所述的最近漏洞的位置并放置一个新信标节点；(12)所述的机器人更新所述的网络覆盖地图。...

【技术特征摘要】
1.一种修复无线传感器网络中漏洞的方法，其特征在于，所述的无线传感器网络中包含一个移动机器人，所述的无线传感器网络中包括数个已知坐标的信标节点，所述的移动机器人可以与在其通信半径内的所述的已知坐标的信标节点建立通信连接，所述的方法包括以下步骤：(1)所述的机器人将所述的探测区域分割成数个粗栅格区域，并将所述的粗栅格区域分割成数个细栅格区域；(2)所述的机器人根据所述的探测区域的已知情况将所述的细栅格区域标记为已覆盖细栅格区域、未覆盖细栅格区域或者障碍物子区域，并且所述的机器人根据所述的已覆盖细栅格区域、所述的未覆盖细栅格区域或者所述的障碍物区域的标记将所述的粗栅格区域标记为已覆盖粗栅格区域或未覆盖粗栅格区域，建立网络覆盖地图；(3)所述的机器人判断所述的网络覆盖地图是否存在所述的未覆盖粗栅格区域，如果是，则继续步骤(4)，否则继续步骤(9)；(4)所述的机器人选择任一未覆盖粗栅格区域的位置作为运动方向；(5)所述的机器人根据建立通信连接的已知坐标的信标节点确定当前位置；(6)所述的机器人在移动中建立生成树分支并放置新的信标节点；(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晟，沈士根，周海平，黄龙军，彭华，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33