无线传感器网络的容错修复方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线传感器网络的容错修复方法，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接。通过上述方式，本发明专利技术以不同角度解决了无线传感器网络连接修复问题，并分别实现了网络的容错性，既减少部署的节点数目，具有更大的覆盖面积和更好的拓扑质量，更能抵抗后续的攻击和破坏，更符合无线传感器网络的实际应用需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感
，尤其是涉及一种无线传感器网络的容错修复方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络由于部署的环境恶劣以及节点携带的电池电量有限等原因容易发生故障。若网络拓扑具有容错功能，则在网络发生较小规模的故障时，网络能够继续正常运行，无需人工及时修复，无需购买新的设备，这样便节约了人力物力。所以，构建一个具有容错功能的网络拓扑对于容易发生故障的无线传感器网络来说相当重要。但与无容错功能的网络拓扑相比，具有容错功能的网络拓扑结构更为复杂，所需耗费的节点数目更多。因此，现有很多修复机制的主要目标便是如何最小化部署的节点数目。但是，这些算法在构建具有容错功能的网络拓扑时，仍然需要耗费较多的节点，并且网络的其他性能(如网络覆盖面积和网络拓扑质量等)并没有得到很好地提高。有些算法虽然考虑了网络的其他性能，但是这些算法所构建的网络拓扑的容错能力依旧不高。以2C-SpiderWeb算法为例，该通过构造一个类似于“多角星”结构的网络拓扑以实现网络的容错性能。尽管该算法在修复网络连接的同时考虑了拓扑质量问题，但存在以下的问题：以“五角星”拓扑结构为例，在越靠近五角星5个顶点的位置，节点之间的距离越近，节点的边越多，因此节点的平均节点度越高。但是当发生小规模故障时，例如，靠近顶点的位置发生故障，那么整个“五角星”将很容易被分成2个或2个以上的子块。因此，采用2C-SpiderWeb算法所构造的网络拓扑虽然具有较高的平均节点度，但是在这样的网络拓扑结构下，较高的平均节点度并不能代表较好的容错性能。此外，由于越靠近顶点的位置节点距离越近，导致节点之间存在较多的覆盖重叠面积，使得修复之后的网络总覆盖面积并不大。总之，2C-SpiderWeb算法虽然考虑了网络拓扑质量问题，但是该算法所形成的网络拓扑结构并不能很好地容忍下一次的小规模故障，并且该算法修复之后的网络具有较大的覆盖重叠面积。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供了一种无线传感器网络容错修复方案，以不同角度解决了无线传感器网络连接修复问题，并分别实现了网络的容错性。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：提供一种无线传感器网络的容错修复方法，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接。为解决上述问题，本专利技术还提供一种无线传感器网络的容错修复方法，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；在外凸包边上部署节点，使得外凸包拐点均为三连接。为解决上述问题，本专利技术还提供一种无线传感器网络的容错修复系统，包括：获取模块，用于获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；外凸包模块，用于确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；外凸包部署模块，用于分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；内凸包部署模块，用于在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；其中外凸包部署模块还用于获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接。本专利技术的有益效果在于：区别于现有技术，本专利技术在确定节点的外凸包后，在内部部署节点，并在内凸包边及外凸包边上部署节点，使得内/外凸包拐点均为三连接或者二连接。通过上述方式，本专利技术以不同角度解决了无线传感器网络连接修复问题，并分别实现了网络的容错性，既减少部署的节点数目，具有更大的覆盖面积和更好的拓扑质量，更能抵抗后续的攻击和破坏，更符合无线传感器网络的实际应用需求。附图说明图1为本专利技术无线传感器网络的容错修复方法实施例一的流程示意图；图2为本专利技术无线传感器网络的容错修复方法实施例二的流程示意图；图3为本专利技术具体实施例中部署节点计算三角形示意图；图4为相同通信半径的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的中继节点个数对比示意图；图5为相同子块个数的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的中继节点个数对比示意图；图6为相同通信半径的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的总覆盖面积对比示意图；图7为相同子块个数的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的总覆盖面积对比示意图；图8为相同通信半径的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的每个节点平均覆盖面积对比示意图；图9为相同子块个数的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的每个节点平均覆盖面积对比示意图；图10为相同通信半径的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的平均节点度对比示意图；图11为相同子块个数的情况下，本专利技术的F2CR算法和P3CR算法与现有的HamiltonPath算法和2C-SpiderWeb算法的平均节点度对比示意图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。本专利技术最关键的构思在于：通过无线传感器网络全部二连接修复方法F2CR以及部分三连接修复方法P3CR，以不同角度解决了无线传感器网络连接修复问题，并分别实现了网络的容错性。请参照图1，本专利技术实施例一提供一种无线传感器网络的容错修复方法，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接。区别于现有技术，本专利技术实施例一在确定节点的外凸包后，在内部部署节点，并在内凸包边及外凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接或者外凸包拐点二连接。通过上述方式，本专利技术实施例一解决了无线传感器网络连接修复问题，通过构造风扇形的拓扑结构来减少部署的节点数目，从而降低节点部署成本，具有更大的覆盖面积和更好的拓扑质量，更能抵抗后续的攻击和破坏，更符合无线传感器网络的实际应用需求。如图2所示，本专利技术实施例二提供一种无线传感器网络的容错修复方法，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；在外凸包边上部署节点，使得外凸包拐点均为三连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络的容错修复方法，其特征在于，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络的容错修复方法，其特征在于，包括：获取无线传感器节点及其坐标、通信半径；确定节点的外凸包，并计算所述外凸包的中心节点坐标及各边长；分别将外凸包拐点与中心节点连接，根据通信半径，确定连线上需要部署节点及其数量；在内凸包边上部署节点，使得内凸包拐点均为三连接；获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接。2.根据权利要求1所述无线传感器网络的容错修复方法，其特征在于，在无线传感器节点上选取若干个节点，顺序连接，形成凸边形，并可包含余下所有节点；其中该凸边形为外凸包，选取的若干个节点为外凸包的拐点。3.根据权利要求1所述无线传感器网络的容错修复方法，其特征在于，将部署在连线上最靠近中心节点的节点作为内凸包拐点，并顺序连接形成内凸包的边。4.根据权利要求2所述无线传感器网络的容错修复方法，其特征在于，根据外凸包拐点的坐标，计算外凸包的中心节点坐标及各边边长；根据外凸包拐点及中心节点的坐标，计算外凸包拐点与中心节点各连线的长度，并计算相邻连线的夹角；结合通信半径，计算各连线上需要部署节点的数量；从外凸包拐点起，朝外凸包中心节点方向，在各连线上部署节点。5.根据权利要求1所述无线传感器网络的容错修复方法，其特征在于，获取外凸包上不相邻边，并在其上部署节点，形成二连接的步骤具体为：判断外凸包边的数量是否为偶数；若是，则获取外凸包上的半数不相邻边，使得其总长度最小，并在这些不相邻边上部署节点；反之，则在外凸包上获取未形成二连接的拐点；并在内凸包上获取不经过该拐点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志德，曾雅丽，许力，黄欣沂，伍玮，郑金花，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建;35