专利名称：多传感器可靠性网络的并行组网方法
技术领域：
本发明涉及网络技术领域的并行组网方法，具体是无线传感器的并行快速组网方法和网络可靠性设计。
背景技术：
无线传感器网络是由在空间上分散的自组织节点组成，用来协同探测和监控特定区域的状况，典型的传感器节点是孤立的、分散的，为了获得更好的探测性能，需要经过自组织的方式进行通信并形成一个相互连通的网络，才能将探测信息进行交互与融合，以获得最佳探测性能，这一过程称之为初始化组网。网络可靠性是指无线传感器网络在某些节点失效后仍能正常工作。传统的组网方法在面对大规模网络时，初始化过程往往要花费几分钟到几十分钟。而有时因为任务的紧迫性或坏境的恶劣性，不得不考虑多传感器的快速组网和网络可靠性要求。 经现有技术检索发现，公开号为CN101902798A，
公开日期为2010. 12.01的专利
“无线传感器网络的快速组网方法”提供了一种快速组网的方法。首先，通过博弈竞争确定簇头节点，然后簇头节点同时并行的组建网络，最后通过簇头与簇成员的退位与升格处理保证联通性。但该方法没有考虑在传感器初始化组网后，若所建网络出现多个连通分量，如何保证网络为全连通网络的情况，且没有考虑所建的传感器网络的可靠性问题，而网络可靠性是网络稳定和抗毁能力的基本要素。在紧迫任务下，多传感器并行组网时，需使可靠性让步于时效性，要求快速地组建一个具有一定抗毁性的探测、监视网络。另外也需要考虑到传感器网络中的节点失效和新入节点情况下，网络的自适应能力。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多传感器可靠性网络的并行组网方法，能够快速组建一个具有一定可靠性的多传感器网络，并使网络在节点失效或新节点接入时，能够迅速重新组建成可靠网络，使多传感器组成的无线网络具有一定的自愈能力和灵活组网特性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤步骤I :对传感器网络进行预先设计，确定被随机选为簇头的传感器节点数
^丨gA/.，其中，C为常数，一般取值为0.广1，N是传感器节点数目，f是传感器网络
TT
的冗余系数，T是传感器节点通信传输半径和传感器布撒范围的半径的比值；步骤2 :以随机的方式从N个传感器节点中随机选取n个节点作为簇头节点，其余N-n个节点成为成员节点；步骤3 :在T时间内，簇头节点向自身的通信半径R范围内的传感器广播消息，发出组网邀请；若收到任意传感器的响应消息，则与其建立连接，更新簇头路由表；
在T时间内，所有成员节点进行信号侦听，当受到簇头节点的组网要求时，检查若满足通信距离要求，则返回响应消息，与发出邀请的簇头节点建立通信连接；否则继续侦听；步骤4 :在T时间内，如果有簇头节点获得其他簇头节点的组网邀请，并建立了连接则退化为成员节点；而如果有成员节点未收到簇头节点的组网邀请，则该节点升级为簇头，返回步骤3，重新进行并行组网；否则进入步骤5 ；步骤5 :当所有节点都并入网中后，若此时成员节点组建的传感器网络存在多个连通分量，则进入步骤6 ;否则进入步骤7 ；步骤6 :寻找分属不同连通分量之间，相距最近的两个节点建立通信连接，直至传感器网络成为全连通网络为止，转到步骤7 ；步骤I :调整网络可靠性，方法如下 I)利用深度优先搜索求网络图的关节点，若存在关节点则转步骤2);否则转步骤3)；2)假设去掉第i个关节点和与关节点直接相连接的通信链路，在形成的连通分量间，寻找分属不同连通分量之间，相距最近的两个成员节点建立通信连接，循环执行2)直到网络中没有关节点，转步骤3)；3)重复步骤1)、2)调整网络，直到网络成为重连通网络。本发明的有益效果是经验证，本发明的组网方法，能将大规模传感器连接成具有一定可靠度的传感器网络。传感器按照一跳范围进行并行组网，使初始组网时间由以最小可组成连接的时间单位并行进行，大为缩减初始组网时间。并且，初始组网的时间不会因需要组网的传感器规模的增加而增加，而只与传感器的分散密度有关。在初始化网络后，进行网络关节点的计算和冗余链路添加，保证了所建传感器网络为连通度大于2的重连通网络。这使得传感网结构可在不进行复杂修改的情况下，获得一定的可靠性和抗打击能力。本发明的组网方法简单明了，结果可靠有效。
图I是多传感器组网流程图；图2是初始布撒后第一跳并行组网情况示意图；图3是一个成员节点升级为簇头示意图；图4是新簇头节点并行组网后求出的关节点分布示意图；图5是调整网络可靠性后组成的传感器网络。
具体实施例方式假设多传感器分布的范围为传感器布撒后，若以一个可以将所有传感器包含在内的最小的圆为传感器布撒范围，假设其半径为R';参与组网的相同类型传感器有N个，传感器处于同一平面内，且位置一经布撒就固定不变；若将要组建的传感网的节点划分为多个“簇”，以簇为单位进行并行组网，则每个簇的簇头负责将其簇内其他节点连接起来。假设被随机选为簇头的传感器节点个数为n ;构建传感器网络的冗余度要求为f ;建立连接的询问周期时间为T ;满足传感器通信约束的通信半径R。组网方法执行的步骤如下(参加附图I):步骤I :对传感器网络进行预先设计，根据总传感器节点数、布撒区域面积与网络冗余系数要求，确定簇头节点数n为
权利要求
1 一种多传感器可靠性网络的并行组网方法，其特征在于包括下述步骤 步骤I:对传感器网络进行预先设计，确定被随机选为簇头的传感器节点数n=C-K-\gN f，其中，c为常数，一般取值为ο.广1，N是传感器节点数目，f是传感器网络的冗余系数，τ是传感器节点通信传输半径和传感器布撒范围的半径的比值； 步骤2 :从N个传感器节点中随机选取η个节点作为簇头节点，其余Ν-η个节点成为成员节点； 步骤3 :在T时间内，簇头节点向自身的通信半径R范围内的传感器广播消息，发出组网邀请；若收到任意传感器的响应消息，则与其建立连接，更新簇头路由表； 在T时间内，所有成员节点进行信号侦听，当受到簇头节点的组网要求时，检查若满足通信距离要求，则返回响应消息，与发出邀请的簇头节点建立通信连接；否则继续侦听；步骤4 :在T时间内，如果有簇头节点获得其他簇头节点的组网邀请，并建立了连接则退化为成员节点；而如果有成员节点未收到簇头节点的组网邀请，则该节点升级为簇头，返回步骤3，重新进行并行组网；否则进入步骤5 ； 步骤5:当所有节点都并入网中后，若此时成员节点组建的传感器网络存在多个连通分量，则进入步骤6 ;否则进入步骤7 ； 步骤6 :寻找分属不同连通分量之间，相距最近的两个节点建立通信连接，直至传感器网络成为全连通网络为止，转到步骤7 ； 步骤7 :调整网络可靠性，方法如下 1)利用深度优先搜索求网络图的关节点，若存在关节点则转步骤2);否则转步骤3)； 2)假设去掉第i个关节点和与关节点直接相连接的通信链路，在形成的连通分量间，寻找分属不同连通分量之间，相距最近的两个成员节点建立通信连接，循环执行2)直到网络中没有关节点，转步骤3)； 3)重复步骤1)、2)调整网络，直到网络成为重连通网络。
全文摘要
本发明提供了一种多传感器可靠性网络的并行组网方法，对传感器网络进行预先设计后，随机选取n个节点作为簇头节点，各簇头执行并行组网，并完成节点的升格与退位处理，所有节点都并入网中后，判断是否存在连通分量并构建全连通网络，最后调整网络可靠性。本发明能够快速组建一个具有一定可靠性的多传感器网络，并使网络在节点失效或新节点接入时，能够迅速重新组建成可靠网络，使多传感器组成的无线网络具有一定的自愈能力和灵活组网特性。
文档编号H04W40/24GK102740310SQ201210210519
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者李金亮, 符小卫, 高晓光 申请人:西北工业大学