无线传感器网络自愈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自愈修复方法及系统，包括：获取无线传感器节点的位置坐标以及关键节点；在检测关键节点发生故障后，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；在移动邻居节点后，检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。通过上述方式，本发明专利技术不仅最大程度地保持了节点原有的连接，还有效地平衡了节点的能耗，延长了网络的生存周期。

【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自愈修复方法及系统。
技术介绍
无线传感器网络常被部署在条件恶劣的环境中，因此网络容易发生各种故障。当部署之后的网络发生局部故障，如关键节点故障等，将可能影响网络的正常工作，此时需要有效的机制对故障的网络进行修复。在单个节点故障的情况下，当网络中的其他节点可移动时，可采用移动节点的方式来修复网络连接。采用移动节点的修复方法，一方面无需部署新的节点，节省了购买设备的开销；另一方面，这种方法可以由预先制定的修复算法自动完成，无需人工干预，节省了人工修复成本。但采用这种方法进行修复也面临着两方面的挑战。第一，这种修复方法的一般步骤是将故障节点的邻居节点往故障节点的位置移动，目的是让邻居节点完全替代故障节点，从而修复网络连接。但邻居节点的移动可能会导致其他连接断开，带来新的网络故障问题。因此，如何适当地移动邻居节点而不引起新的网络故障是本专利技术需要解决的一个问题。第二，与节点处于静止状态相比，节点的移动需要耗费额外的能量。若原本能量剩余不多的节点耗费过多的能量进行移动，则该节点可能在到达指定位置之前便失效，或者在移动到指定位置之后不久便失效。节点失效也可能带来新的网络故障问题。因此，如果适当地移动各个节点，使得移动之后的节点还能较长久地在网络中提供服务是本专利技术需要考虑的另一个问题。现有方法主要注重于修复网络的连接，并未同时考虑上述两方面问题。Younis等人提出的RIM算法的修复步骤为：当网络中某个关键节点故障时，其所有邻居节点同时向故障节点方向移动，直到邻居节点之间可以相互通信为止。邻居节点的移动若导致其他连接的断开，则这些断开的连接也通过节点同时移动的方法进行修复。也就是说，当网络中某个关键节点故障时，通过所有节点一起向故障节点位置移动的方式来达到修复网络连接的目标。这种方法虽然修复了网络连接，但导致了网络中大部分节点都需要移动。Abbasi等人在RIM算法的基础上进行改进，提出了DARA算法。当网络中某个关键节点故障时，DARA算法将节点度最小的邻居节点移动到故障节点位置。若邻居节点的移动带来了新的网络连接的断开，则其他节点通过级联移动的方式来修复网络连接。尽管该算法修复了网络连接，但当移动的节点也处于网络中的关键位置时，这种移动方法同样导致了较多节点的移动。此外，Abbasi等人还提出了LeDiR算法，该算法假设当网络中某个关键节点故障时，网络至少被分为两个子块。该算法首先找到所有分块中的最小子块，并在最小子块中找到故障节点的邻居节点。其次，将邻居节点移动到故障节点位置，代替故障节点执行指定功能。若邻居节点的移动带来了新的网络连接的断开，则其邻居节点向故障节点方向移动，直到修复网络连接为止。与RIM和DARA算法相比，LeDiR算法相对地减少了移动节点的数目。Tamboli等人提出的ECR算法通过轮流将故障节点的邻居移动到故障节点的位置来达到修复网络连接和维持原有覆盖的目的，但从该算法开始执行之后，节点一直处于轮流移动状态，整个网络十分不稳定。上述算法均是在单个节点故障的情况下对网络连接进行修复，并要求网络中的其他节点可移动。通过移动网络中的其他节点，可在无需人工干预的情况下，网络自行修复连接，不仅节约人工修复的成本，也节约了购买设备的成本。但是上述算法均未考虑节点的能量问题。若节点本身剩余能量较少，却仍要按照算法的要求进行移动，则很可能导致节点在没有移动到指定位置之前，就因能量耗尽而死亡，进而导致更严重的网络故障。因此，对于单个节点故障的情况，在制定修复策略时，需要同时考虑节点的能量问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种无线传感器网络有效的自愈修复方法，以平衡节点能耗，延长网络生存周期。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自愈修复方法，包括：获取无线传感器节点的位置坐标以及关键节点；在检测关键节点发生故障后，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；在移动邻居节点后，检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。为解决上述问题，本专利技术还提供一种无线传感器网络自愈修复系统，包括：目标获取单元，用于获取无线传感器节点的位置坐标以及关键节点；节点移动单元，用于在检测关键节点发生故障后，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；连接检测单元，用于检测在移动邻居节点后，检测是否修复网络连接；子块移动单元，用于若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。本专利技术的有益效果在于：区别于现有技术，本专利技术确定故障关键节点后，根据其邻居节点能量，朝故障关键节点方向进行移动，并初次检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。通过上述方式，本专利技术不仅最大程度地保持了节点原有的连接，还有效地平衡了节点的能耗，延长了网络的生存周期。附图说明图1为本专利技术具体实施例的操作流程示意图；图2为本专利技术具体实施例中无线传感器网络示意图；图3为本专利技术具体实施例中ni+1节点故障后进行相切移动示意图；图4为本专利技术具体实施例中的SER算法与现有的LeDiR算法的总移动距离对比曲线图；图5为本专利技术具体实施例中的SER算法与现有的LeDiR算法的总能耗对比曲线图；图6为本专利技术具体实施例中的SER算法与现有的LeDiR算法的总移动节点数目对比曲线图；图7为本专利技术具体实施例中的SER算法与现有的LeDiR算法的能量方差对比曲线图。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：确定关键节点发生故障后，根据邻居节点能量，向关键节点方向移动，以检测是否修复网络连接。本专利技术实施例一提供一种无线传感器网络自愈修复方法，包括：获取无线传感器节点的位置坐标以及关键节点；在检测关键节点发生故障后，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；在移动邻居节点后，检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。区别于现有技术，本专利技术确定故障关键节点后，根据其邻居节点能量，朝故障关键节点方向进行移动，并初次检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。通过上述方式，本专利技术不仅最大程度地保持了节点原有的连接，还有效地平衡了节点的能耗，延长了网络的生存周期。其中，每个节点定期向其邻居节点发送心跳消息；邻居节点判断在特定时间段内是否接收到心跳消息，若是，则表示该节点正常；反之，则表示该节点发送故障，并判断该节点是否为关键节点，若是，则朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；反之，则忽略该节点。在移动时，需要预先获取发生故障的关键节点的邻居节点的初始能量，并按照能量高低进行排序；按照初始能量高低，依序为每个邻居节点计算相切距离及允许移动距离；取相切距离及允许移动距离中的较小值，作为该邻居节点的移动距离；朝故障关键节点方向移动该邻居节点的所述移动距离后，判断是否修复网络连接；若是，则表示修复成功，并结束流程；反之，则为初始能量第二大的邻居节点计算相切距离及允许移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络自愈修复方法，其特征在于，包括：获取无线传感器节点的位置坐标以及关键节点；在检测关键节点发生故障后，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；在移动邻居节点后，检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络自愈修复方法，其特征在于，包括：获取无线传感器节点的位置坐标以及关键节点；在检测关键节点发生故障后，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；在移动邻居节点后，检测是否修复网络连接；若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信。2.根据权利要求1所述无线传感器网络自愈修复方法，其特征在于，每个节点定期向其邻居节点发送心跳消息；邻居节点判断在特定时间段内是否接收到心跳消息，若是，则表示该节点正常；反之，则表示该节点发送故障，并判断该节点是否为关键节点，若是，则朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点；反之，则忽略该节点。3.根据权利要求2所述无线传感器网络自愈修复方法，其特征在于，根据节点能量，朝故障关键节点方向移动其对应的邻居节点的步骤具体为：获取发生故障的关键节点的邻居节点的初始能量，并按照能量高低进行排序；按照初始能量高低，依序为每个邻居节点计算相切距离及允许移动距离；取相切距离及允许移动距离中的较小值，作为该邻居节点的移动距离；朝故障关键节点方向移动该邻居节点的所述移动距离后，判断是否修复网络连接；若是，则表示修复成功，并结束流程；反之，则为初始能量第二大的邻居节点计算相切距离及允许移动距离，并进行移动；直至关键节点的所有邻居节点都进行移动为止。4.根据权利要求3所述无线传感器网络自愈修复方法，其特征在于，若未修复，则朝故障关键节点方向移动节点最小块，直至所有子块可相互通信的步骤具体为：通过关键节点，对无线传感器节点划分若干个子块；比较各个子块包含的节点数目，获取无线传感器节点的最小块；向故障关键节点方向移动最小块的邻居节点，直到邻居节点可以与故障节点的其他邻居节点进行通信。5.根据权利要求4所述无线传感器网络自愈修复方法，其特征在于，若最小快邻居节点的移动造成新的连接断开，则将其他节点朝故障关键节点方向移动，直至完成网络连...

【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