專利名稱：多傳感器可靠性網絡的并行組網方法
技術領域：
本發明涉及網絡技術領域的并行組網方法，具體是無線傳感器的并行快速組網方法和網絡可靠性設計。
背景技術：
無線傳感器網絡是由在空間上分散的自組織節點組成，用來協同探測和監控特定區域的狀況，典型的傳感器節點是孤立的、分散的，為了獲得更好的探測性能，需要經過自組織的方式進行通信并形成一個相互連通的網絡，才能將探測信息進行交互與融合，以獲得最佳探測性能，這一過程稱之為初始化組網。網絡可靠性是指無線傳感器網絡在某些節點失效后仍能正常工作。傳統的組網方法在面對大規模網絡時，初始化過程往往要花費幾分鐘到幾十分鐘。而有時因為任務的緊迫性或壞境的惡劣性，不得不考慮多傳感器的快速組網和網絡可靠性要求。 經現有技術檢索發現，公開號為CN101902798A，
公開日期為2010. 12.01的專利
“無線傳感器網絡的快速組網方法”提供了一種快速組網的方法。首先，通過博弈競爭確定簇頭節點，然后簇頭節點同時并行的組建網絡，最后通過簇頭與簇成員的退位與升格處理保證聯通性。但該方法沒有考慮在傳感器初始化組網后，若所建網絡出現多個連通分量，如何保證網絡為全連通網絡的情況，且沒有考慮所建的傳感器網絡的可靠性問題，而網絡可靠性是網絡穩定和抗毀能力的基本要素。在緊迫任務下，多傳感器并行組網時，需使可靠性讓步于時效性，要求快速地組建一個具有一定抗毀性的探測、監視網絡。另外也需要考慮到傳感器網絡中的節點失效和新入節點情況下，網絡的自適應能力。
發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供一種多傳感器可靠性網絡的并行組網方法，能夠快速組建一個具有一定可靠性的多傳感器網絡，并使網絡在節點失效或新節點接入時，能夠迅速重新組建成可靠網絡，使多傳感器組成的無線網絡具有一定的自愈能力和靈活組網特性。本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟步驟I :對傳感器網絡進行預先設計，確定被隨機選為簇頭的傳感器節點數
^丨gA/.，其中，C為常數，一般取值為0.廣1，N是傳感器節點數目，f是傳感器網絡
TT
的冗余系數，T是傳感器節點通信傳輸半徑和傳感器布撒范圍的半徑的比值；步驟2 :以隨機的方式從N個傳感器節點中隨機選取n個節點作為簇頭節點，其余N-n個節點成為成員節點；步驟3 :在T時間內，簇頭節點向自身的通信半徑R范圍內的傳感器廣播消息，發出組網邀請；若收到任意傳感器的響應消息，則與其建立連接，更新簇頭路由表；
在T時間內，所有成員節點進行信號偵聽，當受到簇頭節點的組網要求時，檢查若滿足通信距離要求，則返回響應消息，與發出邀請的簇頭節點建立通信連接；否則繼續偵聽；步驟4 :在T時間內，如果有簇頭節點獲得其他簇頭節點的組網邀請，并建立了連接則退化為成員節點；而如果有成員節點未收到簇頭節點的組網邀請，則該節點升級為簇頭，返回步驟3，重新進行并行組網；否則進入步驟5 ；步驟5 :當所有節點都并入網中后，若此時成員節點組建的傳感器網絡存在多個連通分量，則進入步驟6 ;否則進入步驟7 ；步驟6 :尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個節點建立通信連接，直至傳感器網絡成為全連通網絡為止，轉到步驟7 ；步驟I :調整網絡可靠性，方法如下 I)利用深度優先搜索求網絡圖的關節點，若存在關節點則轉步驟2);否則轉步驟3)；2)假設去掉第i個關節點和與關節點直接相連接的通信鏈路，在形成的連通分量間，尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個成員節點建立通信連接，循環執行2)直到網絡中沒有關節點，轉步驟3)；3)重復步驟1)、2)調整網絡，直到網絡成為重連通網絡。本發明的有益效果是經驗證，本發明的組網方法，能將大規模傳感器連接成具有一定可靠度的傳感器網絡。傳感器按照一跳范圍進行并行組網，使初始組網時間由以最小可組成連接的時間單位并行進行，大為縮減初始組網時間。并且，初始組網的時間不會因需要組網的傳感器規模的增加而增加，而只與傳感器的分散密度有關。在初始化網絡后，進行網絡關節點的計算和冗余鏈路添加，保證了所建傳感器網絡為連通度大于2的重連通網絡。這使得傳感網結構可在不進行復雜修改的情況下，獲得一定的可靠性和抗打擊能力。本發明的組網方法簡單明了，結果可靠有效。
圖I是多傳感器組網流程圖；圖2是初始布撒后第一跳并行組網情況示意圖；圖3是一個成員節點升級為簇頭示意圖；圖4是新簇頭節點并行組網后求出的關節點分布示意圖；圖5是調整網絡可靠性后組成的傳感器網絡。
具體實施例方式假設多傳感器分布的范圍為傳感器布撒后，若以一個可以將所有傳感器包含在內的最小的圓為傳感器布撒范圍，假設其半徑為R';參與組網的相同類型傳感器有N個，傳感器處于同一平面內，且位置一經布撒就固定不變；若將要組建的傳感網的節點劃分為多個“簇”，以簇為單位進行并行組網，則每個簇的簇頭負責將其簇內其他節點連接起來。假設被隨機選為簇頭的傳感器節點個數為n ;構建傳感器網絡的冗余度要求為f ;建立連接的詢問周期時間為T ;滿足傳感器通信約束的通信半徑R。組網方法執行的步驟如下(參加附圖I):步驟I :對傳感器網絡進行預先設計，根據總傳感器節點數、布撒區域面積與網絡冗余系數要求，確定簇頭節點數n為
權利要求
1 一種多傳感器可靠性網絡的并行組網方法，其特征在于包括下述步驟 步驟I:對傳感器網絡進行預先設計，確定被隨機選為簇頭的傳感器節點數n=C-K-\gN f，其中，c為常數，一般取值為ο.廣1，N是傳感器節點數目，f是傳感器網絡的冗余系數，τ是傳感器節點通信傳輸半徑和傳感器布撒范圍的半徑的比值； 步驟2 :從N個傳感器節點中隨機選取η個節點作為簇頭節點，其余Ν-η個節點成為成員節點； 步驟3 :在T時間內，簇頭節點向自身的通信半徑R范圍內的傳感器廣播消息，發出組網邀請；若收到任意傳感器的響應消息，則與其建立連接，更新簇頭路由表； 在T時間內，所有成員節點進行信號偵聽，當受到簇頭節點的組網要求時，檢查若滿足通信距離要求，則返回響應消息，與發出邀請的簇頭節點建立通信連接；否則繼續偵聽；步驟4 :在T時間內，如果有簇頭節點獲得其他簇頭節點的組網邀請，并建立了連接則退化為成員節點；而如果有成員節點未收到簇頭節點的組網邀請，則該節點升級為簇頭，返回步驟3，重新進行并行組網；否則進入步驟5 ； 步驟5:當所有節點都并入網中后，若此時成員節點組建的傳感器網絡存在多個連通分量，則進入步驟6 ;否則進入步驟7 ； 步驟6 :尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個節點建立通信連接，直至傳感器網絡成為全連通網絡為止，轉到步驟7 ； 步驟7 :調整網絡可靠性，方法如下 1)利用深度優先搜索求網絡圖的關節點，若存在關節點則轉步驟2);否則轉步驟3)； 2)假設去掉第i個關節點和與關節點直接相連接的通信鏈路，在形成的連通分量間，尋找分屬不同連通分量之間，相距最近的兩個成員節點建立通信連接，循環執行2)直到網絡中沒有關節點，轉步驟3)； 3)重復步驟1)、2)調整網絡，直到網絡成為重連通網絡。
全文摘要
本發明提供了一種多傳感器可靠性網絡的并行組網方法，對傳感器網絡進行預先設計后，隨機選取n個節點作為簇頭節點，各簇頭執行并行組網，并完成節點的升格與退位處理，所有節點都并入網中后，判斷是否存在連通分量并構建全連通網絡，最后調整網絡可靠性。本發明能夠快速組建一個具有一定可靠性的多傳感器網絡，并使網絡在節點失效或新節點接入時，能夠迅速重新組建成可靠網絡，使多傳感器組成的無線網絡具有一定的自愈能力和靈活組網特性。
文檔編號H04W40/24GK102740310SQ201210210519
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優先權日2012年6月25日
發明者李金亮, 符小衛, 高曉光 申請人:西北工業大學