针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法技术

本发明专利技术公开一种针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，应用于无线传感器网络技术领域，针对移动传感器网络中网络割点故障导致的网络分裂的问题；本发明专利技术通过执行节点选择算法为潜在的网络割点故障引发的网络分裂选择执行修复任务的移动节点组合，在移动过程中通过移动节点淘汰算法减少不必要的移动，特殊情况下采取降速级联移动算法使修复时间和总移动距离达到均衡的效果，根据连通进度交互流程判断是否连通所有分区，从而最终达到修复网络分裂的目的。

【技术实现步骤摘要】
针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法
本专利技术属于无线传感器网络
，特别涉及一种针对割点故障造成的网络分裂德修复技术。
技术介绍
无线传感器网络以其无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑的特点，适用于无法或不便预先铺设网络设施，但需要快速自动组网的场景，在个人通信、传感器网络、紧急救灾通信、战场环境监测等领域得到广泛应用。虽然Ad-hoc无线自组织网络术在这些领域大大加快了临时组网通信的速度，但由于其网络特性，有限的电源供应和恶劣的组网环境等因素极易造成个别网络节点的故障。根据网络拓扑结构，无线传感器网络中的节点可以分为两种：一是普通节点，即故障后不影响网络整体连通性的节点；二是割点，即故障后会造成网络分裂成若干个不连通的分支。普通节点的故障不会破坏网络整体的连通性，一定程度上可以忽略。但割点故障造成的网络分裂，会使部分节点间不能相互通信，对网络性能造成极大的影响。针对割点故障造成的网络分裂问题，可以采用特定策略移动周围的邻居节点使网络再次连通。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，在移动过程中通过移动节点淘汰算法减少不必要的移动，特殊情况下采取降速级联移动算法使修复时间和总移动距离达到均衡的效果，根据连通进度交互流程判断是否连通所有分区，从而最终达到修复网络分裂的目的。本专利技术采用的技术方案为：针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，包括：S1、割点节点根据两跳邻居表计算每个一跳邻居节点所在的选拔集；S2、确定各选拔集中的执行节点，具体的：若选拔集中包括一个一跳邻居节点，则该一跳邻居节点为该选拔集的执行节点；若选拔集中包括至少两个一跳邻居节点，则基于各一跳邻居节点与割点几点的距离以及最大非级联移动距离，确定该选拔集的执行节点；S3、当割点节点故障时，各选拔集的执行节点自动向割点节点位置移动，最终完成修复。步骤S1具体为：S11、通过路由获取割点节点两跳邻居表；S12、将一跳邻居节点以及与该一跳邻居节点对应的两跳邻居节点作为一行，并对各行按照从小到大的顺序进行编号；S13、若某两行存在相同的邻居节点，则将编号较大的这行的编号修改为编号较小这行的编号；S14、重复步骤S13，直至遍历完所有行的邻居节点；得到各一跳邻居节点所属的选拔集。步骤S2中当选拔集中包括至少两个一跳邻居节点，确定执行节点的过程为：根据一跳邻居节点与割点节点的距离以及该邻居节点的最大非级联移动距离，确定一跳邻居节点的选拔函数表达式为：其中，Q(D*,dm)表示一跳邻居节点的选拔函数，D*表示该一跳邻居节点与割点节点的距离，dm表示该一跳邻居节点的最大非级联移动距离；选出该选拔集中选拔函数最大的一跳邻居节点作为该选拔集的执行节点。步骤S2在选出各选拔集的执行节点后，还包括通报各执行节点初始的连通进度，所述连通进度具体为：该执行节点所在选拔集中一跳邻居节点占该割点节点所有一跳邻居节点数的比例。步骤S3具体为：S31、执行节点周期性地检测对应割点节点的工作状态，当发现割点节点出现故障时，执行步骤S32，否则重复步骤S31；S32、设置各执行节点初始时的级联移动指数为1，初始时的级联移动组包括对应的执行节点；S33、同一级联移动组中的节点移动速度和方向一致，发起级联移动；S34、级联移动过程中，若级联移动组中的节点在下一周期到达时的移动距离超过其极限距离，则该级联移动组的执行节点的级联指数加1，将对应节点的下一跳邻居节点加入当前的级联移动组；S35、当发现新的连接，则两个执行节点交互彼此的连通进度，并将这两个执行节点各自连通进度之和作为这两个执行节点新的连通进度，判断新的连通进度是否达到1，若是则修复完成，停止移动；否则执行步骤S35；S36、根据执行节点的级联移动指数与选拔函数计算淘汰函数，淘汰函数较小的执行节点继续移动，返回步骤S33。步骤S34所述的移动速度计算式为：其中，λ表示修正因子，v表示节点的初始速度，I表示执行节点的级联移动指数。步骤S36所述淘汰函数计算式为：Id＝IR-Q其中，R表示节点间最大通信半径，Q表示执行节点选拔函数值。本专利技术的有益效果：本专利技术中割点节点根据两跳邻居表计算每个一跳邻居节点所在的选拔集，再从每个选拔集中选拔出一个故障时执行移动修复任务的执行节点，然后执行节点会在周期性地检测割点是否发生故障，当割点发生故障时会自动发起移动修复，使网络实现再次连通；本专利技术的方法包括以下优点：1、采用并查集的方式分离出选拔集，一定程度降低了程序的时间复杂度；2、通过选拔函数提前精确参与移动修复的节点组合，同时保证该组合已知条件下数目是最少，且修复效果预期最好的一组；3、在整个移动修复过程中，通淘汰指数提前停止部分节点移动，可以减少总的移动开销，且不会影响最终的修复效果4、通过级联降速算法，可以保证在比较极端情况，通过增加一定的修复时间，以减少总的移动距离。附图说明图1为本专利技术所述的针对割点故障的网络连通修复算法的整体步骤；图2为本专利技术所述的割点节点确定选拔集的流程图；图3为本专利技术实施例提供的显示拓扑图；图4本专利技术实施例提供的节点4的两跳邻居表；图5专利技术实施例提供的节点4的一跳邻居节点的选拔集对应表；图6为本专利技术所述的选拔执行节点的步骤图；图7专利技术实施例提供的执行节点与网络分区的分布图；图8为本专利技术所述的移动修复算法的基本流程图；图9为本专利技术实施例提供的执行节点开始移动修复的拓扑图；图10为本专利技术实施例提供的发生级联移动时的拓扑图；图11为本专利技术实施例提供的移动节点中途互相发现时的拓扑图；图12为本专利技术所述的计算级联移动指数的流程图；图13为本专利技术实施例提供的最终修复完成时的网络拓扑。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。如图1所示，本专利技术提供了一种针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，下面结合附图对本专利技术的实现步骤作具体介绍。割点节点根据两跳邻居表计算每个一跳邻居节点所在的选拔集，再从每个选拔集中选拔出一个故障时执行移动修复任务的执行节点，然后执行节点会在周期性地检测割点是否发生故障，当割点发生故障时会自动发起移动修复，使网络实现再次连通。A1、如图2表示割点节点确定选拔集的流程图，首先通过路由获取到本地两跳邻居表，然后采用并查集的方法遍历该表，为每个一跳邻居确定其所在选拔集。具体做法是：先设表中第i行的一跳邻居的选拔集编号为Si＝i，然后开始一个双层循环，外层循环从上到下，内层循环从下到上，循环内容是当前遍历到的两行是否有共同元素，如果有则将行号大的选拔集编号改成行号小的对应的选拔集编号，然后跳出内层循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，其特征在于，包括：/nS1、割点节点根据两跳邻居表计算每个一跳邻居节点所在的选拔集；/nS2、确定各选拔集中的执行节点，具体的：若选拔集中包括一个一跳邻居节点，则该一跳邻居节点为该选拔集的执行节点；若选拔集中包括至少两个一跳邻居节点，则基于各一跳邻居节点与割点几点的距离以及最大非级联移动距离，确定该选拔集的执行节点；/nS3、当割点节点故障时，各选拔集的执行节点自动向割点节点位置移动，最终完成修复。/n

【技术特征摘要】
1.针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，其特征在于，包括：
S1、割点节点根据两跳邻居表计算每个一跳邻居节点所在的选拔集；
S2、确定各选拔集中的执行节点，具体的：若选拔集中包括一个一跳邻居节点，则该一跳邻居节点为该选拔集的执行节点；若选拔集中包括至少两个一跳邻居节点，则基于各一跳邻居节点与割点几点的距离以及最大非级联移动距离，确定该选拔集的执行节点；
S3、当割点节点故障时，各选拔集的执行节点自动向割点节点位置移动，最终完成修复。


2.根据权利要求1所述的针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，其特征在于，步骤S1具体为：
S11、通过路由获取割点节点两跳邻居表；
S12、将一跳邻居节点以及与该一跳邻居节点对应的两跳邻居节点作为一行，并对各行按照从小到大的顺序进行编号；
S13、若某两行存在相同的邻居节点，则将编号较大的这行的编号修改为编号较小这行的编号；
S14、重复步骤S13，直至遍历完所有行的邻居节点；得到各一跳邻居节点所属的选拔集。


3.根据权利要求1所述的针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，其特征在于，步骤S2中当选拔集中包括至少两个一跳邻居节点，确定执行节点的过程为：
根据一跳邻居节点与割点节点的距离以及该邻居节点的最大非级联移动距离，确定一跳邻居节点的选拔函数表达式为：



其中，Q(D*,dm)表示一跳邻居节点的选拔函数，D*表示该一跳邻居节点与割点节点的距离，dm表示该一跳邻居节点的最大非级联移动距离；
选出该选拔集中选拔函数最大的一跳邻居节点作为该选拔集的执行节点。


4.根据权利要求3所述的针对割点故障的移动传感器网络连通修复的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，汪守良，韦云凯，杨鲲，沈军，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院衢州，
类型：发明
国别省市：浙江;33