基于平面化算法的边界区域算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于平面化算法的边界区域算法，属于工业传感器网络技术领 域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着传感器制造技术和无线网络通信技术的发展和成熟，让小型化、高集 成和多功能的传感器节点的使用成为现实。在石油、化工、天然气等行业中，生产、储存和使 用各种类型的易燃、易爆、腐蚀、毒性及污染性气体，一旦发生泄漏事故，很难将其控制在一 定范围，不但对周围环境和设备等造成巨大损害，同时也对人类的安全与健康构成严重威 胁，因此，在处理此类事故时，及时警报气体泄漏以及准确地定位泄漏区域，进而确定处理 方案及疏散区域显得尤为重要。
[0003] 目前常见的问题包括：（1)对于监测监控区域的传感器部署问题；（2)气体泄漏时 及时汇报，及时性问题；（3)气体在泄漏时的边界以及边界区域确定问题。
【发明内容】
[0004] 目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于平面化算法的边界 区域算法。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种基于平面化算法的边界区域算法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一：根据GG平面化算法将无线传感器网络的传感器节点部署在一个二维坐 标的平面内，每个传感器节点根据自己位置和邻居传感器节点信息，移除跳范围内一些通 信链路，产生一个没有交叉链路的局部网络；
[0008] 步骤二：确定内边界节点、外边界节点、桥边；
[0009] 步骤三：以任意桥边为起始连通边，根据左手法则或者右手法则为搜索选择方向 完成Face面搜索；
[0010] 步骤四：根据Face面来确定内边界、外边界，并根据与Sink节点之间的距离来确 定内边界、外边界上的Sender报送者节点；
[0011] 步骤五：内边界、外边界上的Sender报送者节点将内边界信息、内边界节点信息、 外边界信息、外边界节点信息均发送给Sink节点；
[0012] 步骤六：Sink节点根据接收到的内边界、外边界上Sender报送者节点发送的信息 后，进行边界区域计算，得到边界区域的范围、面积大小。
[0013] 所述步骤四中确定Sender报送者节点的步骤如下：
[0014] 2a :内边界及外边界上各个传感器节点进行一跳范围邻居内广播；
[0015] 2b :根据邻居传感器节点与Sink节点的距离信息，与自身距离信息进行比较，如 果自身距离较大，则把自身所搜集的信息发送给邻居传感器节点；
[0016] 2c:以此类推，直到找到内边界及外边界上距离Sink节点最近的传感器节点，即 Sender报送者节点。
[0017] 所述步骤四中确定Sender报送者节点时，如遇局部最优问题，解决步骤如下：
[0018] 3a:局部最优传感器节点向收到的信息路径上传感器节点数少的一方邻居传感器 节点进行反向传输；
[0019] 3b:以此类推，直到找到Sender报送者节点。
[0020] 所述步骤六中Sink节点边界区域计算方法如下：
[0021] 根据任意多边形的面积计算公式
i为多边 形上第i个节点，n为总的节点个数，然后根据内边界、外边界上的Sender报送者节点发送 的信息，按照公式分别计算出内边界面积和外边界面积％，然后外边界面积减去内边界 面积得到边界区域面积大小S边界区域=S外 -S内。
[0022] 有益效果：本发明提供的基于平面化算法的边界区域算法，在毒气泄漏后根据部 署的传感器节点自身收集到的信息以及其邻居传感器节点的信息，在GG平面化的基础上， 标记内边界节点、外边界节点，之后根据这些信息进行每个Face面的搜索，得到内边界、外 边界信息，然后根据距离Sink节点相对距离更近的原则，在内边界、外边界上分别选出一 个Sender报送者节点，内边界、外边界的信息分别汇总到内边界、外边界上的Sender报送 者节点上，由Sender报送者节点把信息发送给Sink节点，然后Sink节点处理并计算出边 界区域面积。本发明能够利用无线传感器对于这些环境区域进行监控监测，及时汇报泄漏 情况，较为精确的定位出有毒气体边界、所在边界范围区域、区域面积大小。从而保障泄漏 区域的人员疏散，并将财产损失减到最少。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明边界区域算法流程图；
[0024] 图2为GG平面化算法原理示意图；
[0025] 图3为右手法则、左手法则示意图；
[0026] 图4为Face示意图；
[0027] 图5为监控区域内传感器节点报警图；
[0028] 图6为整个网络拓扑进行GG(GabrielGraph)平面化以及内边界节点、外边界节 点、桥边示意图；
[0029] 图7为FaceRouting搜索示意图；
[0030] 图8为完整Face示意图；
[0031] 图9为Face面搜索完成后内边界、外边界标记示意图；
[0032] 图10为内边界、外边界信息传输示意图；
[0033] 图11为Sender报送者节点选择示意图；
[0034] 图12为Sender报送者节点选择的解决局部最优方案示意图；
[0035] 图13为边界区域范围示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0037] 如图1所示，一种基于平面化算法的边界区域算法，包括如下步骤：
[0038] 步骤一：根据GG平面化算法将无线传感器网络的传感器节点部署在一个二维坐 标的平面内，每个传感器节点根据自己位置和邻居传感器节点信息，移除跳范围内一些通 信链路，产生一个没有交叉链路的局部网络；
[0039] 步骤二：确定内边界节点、外边界节点、桥边；
[0040] 步骤三：以任意桥边为起始连通边，根据左手法则或者右手法则为搜索选择方向 完成Face面搜索；
[0041] 步骤四：根据Face面来确定内边界、外边界，并根据与Sink节点之间的距离来确 定内边界、外边界上的Sender报送者节点；
[0042] 步骤五：内边界、外边界上的Sender报送者节点将内边界信息、内边界节点信息、 外边界信息、外边界节点信息均发送给Sink节点；
[0043] 步骤六：Sink节点根据接收到的内边界、外边界上Sender报送者节点发送的信息 后，进行边界区域计算，得到边界区域的范围、面积大小。
[0044] 所述步骤四中确定Sender报送者节点的步骤如下：
[0045] 2a:内边界及外边界上各个传感器节点进行一跳范围邻居内广播；
[0046] 2b:根据邻居传感器节点与Sink节点的距离信息，与自身距离信息进行比较，如 果自身距离较大，则把自身所搜集的信息发送给邻居传感器节点；
[0047]2c:以此类推，直到找到内边界及外边界上距离Sink节点最近的传感器节点，即 Sender报送者节点。
[0048] 所述步骤四中确定Sender报送者节点时，如遇局部最优问题，解决步骤如下：
[0049] 3a:局部最优传感器节点向收到的信息路径上传感器节点数少的一方邻居传感器 节点进行反向传输；
[0050] 3b:以此类推，直到找到Sender报送者节点。
[0051] 所述步骤六中Sink节点边界区域计算方法如下：
[0052] 根据任意多边形的面积计算公另
i为多边 形上第i个节点，n为总的节点个数，然后根据内边界、外边界上的Sender报送者节点发送 的信息，按照公式分别计算出内边界面积和外边界面积％，然后外边界面积减去内边界 面积得到边界区域面积大小S边界区域=S外 -S内。
[0053] GG(GabrielGraph)平面化算法将无线传感器网络的传感器节点部署在一个二维 坐标的平面内。GG平面化算法是基于地理信息的路由算法，每个传感器节点知道自己位置 和邻居传感器节点信息，GG平面化算法将会移除跳范围内一些通信链路，从而产生一个没 有交叉链路的局部网络。具体描述如下：
[0054] 如图2所示，无线传感器网络部署传感器节点中存在这样的三个传感器节点，传 感器节点x和传感器节点y这两个节点都在彼此的一跳通信范围内。传感器节点z位置同 时是传感器节点x跟传感器节点y的一跳通信节点，如果以|xy|为直径画圆，图2中的阴 影部分，这个阴影部分覆盖到了节点z，那么则移除xy这条通信链路，并且在x的一跳邻居 传感器节点列表中删除传感器节点y的信息，同时y -跳邻居传感器节点列表中删除传感 器节点x的信息。G