无线传感器二维网络边界节点的判断方法技术

本发明专利技术公开一种无线传感器二维网络边界节点的判断方法，涉及无线传感器节点检测领域，包括如下步骤：1)确定无线传感器二维网络中所有节点；2)对一个节点判断其包含的所有的一跳邻居节点；3)在任意一个节点的一跳邻居节点中，任选一个一跳邻居节点作为初始节点进行深度优先搜索，直至集合中所有一跳邻居节点都被搜索；4)判断深度优先搜索检测到的路径情况：若深度优先检索只检索到一条路径，直接判断路径是否形成闭合环；若深度优先检索到若干条路径，判断若干路径是否能相互连接为一条路径；5)判断路径是否形成闭合环；6)判断闭合环内是否包围被检测节点un；本发明专利技术能在本地端完成，计算少，高效判断被检测节点是否为边界节点。

A Method for Judging Boundary Nodes in Two-Dimensional Wireless Sensor Networks

The invention discloses a method for judging boundary nodes of two-dimensional wireless sensor network, which involves the field of wireless sensor node detection, including the following steps: 1) determining all nodes in two-dimensional wireless sensor network; 2) judging all one-hop neighbor nodes contained by one node; 3) selecting one-hop neighbor node as the initial one in one-hop neighbor node of any node. The initial node carries out depth-first search until all hop neighbor nodes in the set are searched; 4) judging the path detected by depth-first search: if only one path is retrieved by depth-first search, directly judging whether the path forms a closed loop; if depth-first search is retrieved to several paths, judging whether several paths can be connected to each other as a path; 5) judging whether the path is a closed loop; Whether to form a closed loop or not; 6) to judge whether to surround the detected node UN in the closed loop; the invention can be completed at the local end with less calculation and can efficiently judge whether the detected node is a boundary node.

【技术实现步骤摘要】
无线传感器二维网络边界节点的判断方法
本专利技术涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种无线传感器二维网络边界节点的判断方法。
技术介绍
现在，无线传感器二维网络(WSN)已经被广泛采用来收集关于感兴趣区域(RoI)的物理信息。特别是在人为无法到达或者不易久待的环境恶劣的地区，只能通过布置传感器节点来进行一系列的检测，因此利用无线传感器二维网络检测信息非常重要。特别的在一些应用中，如环境观测、预报系统、动物数量检测等等，网络覆盖是非常重要的一个因素，边界检测也是十分的重要。物理覆盖代表了无线传感器二维网络的检测能力，覆盖范围是无线传感器二维网络的基本问题之一。并且通常边界检测和覆盖漏洞相关联，通常会一齐解决。即在网络内部的边界节点包围着覆盖漏洞。在部置传感器节点时，通常有两种方式：一种是随机分布，一种是均匀分布。但是，均匀分布需要人们了解地形，以及定点去摆放节点，非常消耗时间以及精力，所以，人们在大范围的部置传感器网络的节点时，总不能很好的均匀的部置，通常会选择随机散播节点，所以节点随机的部置在感测范围内，很容易形成空白区域。并且，由于无线传感器节点一般是由电池供电，更换电池又非常麻烦，所以，当节点没有电时，或者机器存在故障时，都会导致网络形成覆盖漏洞。因此，就需要检测传感器的覆盖漏洞来确保无线传感器网路的覆盖完整性。在区域网络中，如果点ζ的任何领域内都包含属于集合A的点，也包含不属于集合A的点，则称点ζ为集合A的一个边界点。现有的检测边界以及覆盖的方法大致可分为三类：拓扑方法、统计方法、几何方法。通常几何方法是需要了解到节点的位置坐标，并判断节点之间的距离或者角度关系来确定节点是否为边界节点。因此该方法需要传感器设备安装GPS功能，十分的耗费财力资源，所以在大范围的无线网络区域，通常都不采取这种方式。统计方法通常是统计传感器节点的度，再确定一个阈值，进行比较，从而确定边界节点；总的来说，该方法是需要节点分布较为均匀，从而可以确定一个边界节点所连接的节点数，从而进行判断，所以，该方法需要节点较为均匀的分布。最后是拓扑方法，拓扑方法不需要了解节点的位置关系，也不需要节点较为均匀的分布；拓扑方法完全利用节点之间的关系，通常集中于节点的连通图给出的信息，从其拓扑结构推断出边界。但是他们通常需要节点收集大量的领域信息，需要较高的收集成本以及计算成本。综上所述，这些方案主要存在下述的问题：1、计算成本高；2、对设备性能要求高；3、对节点分布要求高。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种无线传感器二维网络边界节点的判断方法，通过对无线传感器二维网络中待检测节点的一跳邻居进行成环判断，快速高效的辨别出该节点是不是二维网络的边界节点，方法实施简单。为达成上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种无线传感器二维网络边界节点的判断方法，包括如下步骤：(1)确定无线传感器二维网络中所有节点，并形成包含所有节点的集合U，U＝[u1,u2,...,un]，n为无线传感器二维网络中包含的所有节点的个数；(2)对集合U内任意一个节点un，判断其包含的所有的一跳邻居节点，得到节点un所有一跳邻居节点的集合则集合U内所有节点的一跳邻居节点的集合记为N，(3)在任意一个一跳邻居节点的集合中，随机选取一个一跳邻居节点作为初始节点进行深度优先搜索检测路径，并对已检测到的一跳邻居节点进行标记，直到当前节点进行深度优先搜索无法继续时，再在集合中未标记的一跳邻居节点中随机选取一个重新进行深度优先搜索检测路径，重复执行深度优先搜索过程，直至集合中所有一跳邻居节点都被标记为止；(4)判断深度优先搜索检测到的路径情况：包括1)深度优先检索只检索到一条路径，或深度优先检索到若干条路径且若干条路径能相互连接并形成一条路径；2)深度优先检索到若干条路径，且若干路径不能相互连接形成一条路径；(5)对深度优先搜索检测到的两种路径情况分别判断路径的首尾节点是否连接，判断路径是否形成闭合环；其中，判断情况1)中路径的首尾节点能连接，则路径形成闭合环，否则直接判断节点un是边界节点；对情况2)中所有路径分别判断各路径首尾节点是否连接，某路径的首尾节点能连接，则该路径形成闭合环；若情况2)中所有路径均不形成闭合环，则直接判断节点un是边界节点；(6)判断闭合环环内是否包围被检测节点un，其中：闭合环包围un，表明un是内部节点，闭合环不包围un，表明un是边界节点。进一步的，所述步骤(4)中路径的首尾节点相互连接为通讯连接。进一步的，所述步骤(2)中任意一个节点un的一跳邻居节点的判断过程为：无线传感器二维网络中任意一个节点un发出消息，收集节点un通信半径范围内的所有一跳邻居节点的返回消息，所述返回消息包括节点身份id；节点un的所有一跳邻居节点以数组的形式存储，则得到节点un所有一跳邻居节点的集合进一步的，所述步骤(3)中深度优先搜索检测路径的过程包括如下步骤：(1.1)从一跳邻居节点集合中，任意挑选一个一跳邻居节点作为初始节点；(1.2)判断该初始节点可到达的子节点，所述子节点记为在集合中，初始节点在通信半径内可通讯的所有一跳邻居节点；(1.3)任意挑选一个子节点连通，进行标记，并以该子节点作为初始节点循环重复步骤(1.2)，直至集合内初始节点的所有一跳邻居节点都被标记为止，并存储得到用数组表示的路径；(1.4)在集合中未标记的一跳邻居节点中随机选取一个重新作为初始节点，重复步骤(1.2)和(1.3)，直至集合中所有一跳邻居节点都被标记为止，存储得到若干用数组表示的路径。进一步的，所述步骤(4)中判断若干路径是否能相互连接为一条路径的过程为：对若干路径中每一条路径的首尾节点依次进行通讯判断，若某路径的首尾两个节点中任意一个节点与其他路径中的任意节点在通信半径内通讯连接，则相互能通讯连接的两条路径连接为一条路径，依次判断所有路径。所述步骤(6)中判断闭合环包围被检测节点un的原理在于二维平面闭合环上任意选取三个节点，其三个节点中任意两两节点，以被检测节点为顶点形成的，互不重合的夹角之和等于360°；并且，所述三个节点中任意两个节点，与不包含另一个节点的路段中的任意一个节点组成三个节点形成的，以被检测节点un为顶点的角度和始终不等于360度。若闭合环包围被检测节点un，则必然存在至少三个节点，使得以被检测节点un为顶点，三个节点与被检测节点un所形成的角度和为360度，且所述三个节点中任意两个节点，与不包含另一个节点的路段中的任意一个节点组成三个节点形成的，以被检测节点un为顶点的角度和始终不等于360度。二维边界网络中不满足上述闭合环包围被检测节点的判断条件的，定义该节点为外部节点，依次判断所有节点。由以上方案可知，本专利技术公开的无线传感器二维网络边界节点的判断方法获得了如下有益效果：本专利技术的技术方案从边界节点和内部节点的定义出发，通过判断被检测节点un的邻居节点是否形成包围被检测节点un的闭合环来判断被检测节点un是否为边界节点，其中，若邻居节点形成包围被检测节点un的闭合环，则判定被检测节点为内部节点，否则为边界节点；本专利技术技术方案明确，计算简单。本专利技术实现的基本过程采用拓扑方法，从被检测节点un寻找其邻居节点，其次邻居节点之间利用深度优先搜索算法进行环的检测，以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线传感器二维网络边界节点的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定无线传感器二维网络中所有节点，并形成包含所有节点的集合U，U＝[u1,u2,...,un]，n为无线传感器二维网络中包含的所有节点的个数；(2)对集合U内任意一个节点un，判断其包含的所有的一跳邻居节点，得到节点un所有一跳邻居节点的集合

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器二维网络边界节点的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定无线传感器二维网络中所有节点，并形成包含所有节点的集合U，U＝[u1,u2,...,un]，n为无线传感器二维网络中包含的所有节点的个数；(2)对集合U内任意一个节点un，判断其包含的所有的一跳邻居节点，得到节点un所有一跳邻居节点的集合则集合U内所有节点的一跳邻居节点的集合记为N，(3)在任意一个一跳邻居节点的集合中，随机选取一个一跳邻居节点作为初始节点进行深度优先搜索检测路径，并对已检测到的一跳邻居节点进行标记，直到当前节点进行深度优先搜索无法继续时，再在集合中未标记的一跳邻居节点中随机选取一个重新进行深度优先搜索检测路径，重复执行深度优先搜索过程，直至集合中所有一跳邻居节点都被标记为止；(4)判断深度优先搜索检测到的路径情况：包括1)深度优先检索只检索到一条路径，或深度优先检索到若干条路径且若干条路径能相互连接并形成一条路径；2)深度优先检索到若干条路径，且若干路径不能相互连接形成一条路径；(5)对深度优先搜索检测到的两种路径情况分别判断路径的首尾节点是否连接，判断路径是否形成闭合环；其中，判断情况1)中路径的首尾节点能连接，则路径形成闭合环，否则直接判断节点un是边界节点；对情况2)中所有路径分别判断各路径首尾节点是否连接，某路径的首尾节点能连接，则该路径形成闭合环；若情况2)中所有路径均不形成闭合环，则直接判断节点un是边界节点；(6)判断闭合环环内是否包围节点un，其中：闭合环包围un，表明un是内部节点；闭合环不包围un，表明un是边界节点。2.根据权利要求1所述的无线传感器二维网络边界节点的判断方法，其特征在于，所述步骤(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫琳娜，张玖雅，郑啸，吴宣够，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34