CN104135732B - 无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法，包括：步骤1，计算出由邻接节点构成的无向图；步骤2，计算出各邻接节点之间的交点；步骤3，根据交点找出空洞的边界节点并构造出空洞的边界图；步骤4，广度遍历边界图，从中找出所有的最小多边形以形成字典D；步骤5，遍历字典D，判断网络中的节点是否被其中的一个最小多边形包围，如果是，则将该最小多边形从字典D中删除；步骤6，计算字典D内的每个最小多边形的面积，如果结果为负则表示没有空洞；否则表示有空洞。本发明能够检测出覆盖空洞的边界和网络的外边界，便于更高效地部署修补节点以用最少的代价维护网络的最高效运行。
Description
技术领域
本发明涉及无线传感器领域，特别是涉及一种无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法。
背景技术
在一个无线传感器网络中(WSN)，传感器节点被随机的分布在一个区域中，以用来感应、处理、并将数据传输到远程通信基站。为了保证一个区域的通信畅通，通常需要将足够的传感器节点部署到这个区域中，这样也会造成一定的冗余。然而由于单个传感器节点的处理能力、内存空间、电池容量、通信范围和通信带宽都非常有限，传感器网络的监测就显得尤为重要。
随着无线传感器网络的不断运行，总会有一个个传感器节点失效(通常是由于电量损耗、环境变化等)，于是就会出现传感器网络覆盖空洞(coverage hole)的出现，这时就需要使用一定的算法来检测出覆盖空洞的有关信息，以设法弥补来维持无线传感器网络的持续运行。
检测覆盖空洞的算法通常可以分为三类：计算几何法、统计方法和拓扑方法。计算几何法利用传感器节点的坐标和几何工具来检测覆盖空洞，这种方法要求必须知道覆盖区域的几何信息以及每一个节点的坐标；统计方法假设大量节点被均匀一致地分布在区域中，缺点是这种基于概率的方法需要传感器网络节点密集且一致的分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够检测出覆盖空洞的边界和网络的外边界以便于更高效地部署修补节点以用最少的代价维护网络的最高效运行的无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法。
为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法，包括：步骤1，计算出由邻接节点构成的无向图；步骤2，计算出各邻接节点之间的交点；步骤3，根据交点找出空洞的边界节点并构造出空洞的边界图；步骤4，广度遍历边界图，从中找出所有的最小多边形以形成字典D；步骤5，遍历字典D，判断网络中的节点是否被其中的一个最小多边形包围，如果是，则将该最小多边形从字典D中删除；步骤6，计算字典D内的每个最小多边形的面积，如果结果为负则表示没有空洞；否则表示有空洞。
进一步地，步骤1包括：遍历所有随机生成的节点，若两个节点的距离小于2倍的通信半径，则为邻居节点；收集所有节点的邻居节点的信息，并标记出来从而形成无向图。
进一步地，步骤3包括：遍历交点，找出对应的邻居节点集；如果一邻居节点到交点的距离小于通信半径，则表示此交点被覆盖，不是边界交点；如果所有邻居节点都没覆盖此交点，则此交点为边界交点。
进一步地，步骤4包括：对边界图进行广度优先遍历，从而得到边界图中所有的最小多变形；对每个最小多变形的节点坐标进行排序，并进行哈希处理，存入字典D中，以保证字典D中没有重复的最小多边形。
进一步地，步骤6包括：计算每一个最小多边形的面积，并减去覆盖圆弧和边界三角形的面积；如果结果为负，则舍弃；若结果为正，则保存；最后，将结果相加，即得整个网络中的覆盖空洞的面积和。
本发明便于排查冗余节点，在检测覆盖空洞边界节点时能够判断一个节点是否是冗余的，即除掉此节点后传感器网络是否还能够保持覆盖面积不变；能够检测出覆盖空洞的边界和网络的外边界，这样便于更高效地部署修补节点以用最少的代价维护网络的最高效运行；能够测量出无线传感器中覆盖空洞的面积来评估网络的质量和使用价值。
附图说明
图1示意性示出了随机生成的无线传感器网络；
图2示意性示出了对应于图1的邻居节点连通无向图；
图3示意性示出了生成的边界交点信息；
图4示意性示出了生成的边界节点连通无向图。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明解决了以下技术问题：(1)无线传感器网络外部边界节点的识别；(2)无线传感器网络空洞边界节点的识别；(3)无线传感器网络空洞面积的计算。
本发明提供了一种无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法，包括：
步骤1，计算出由邻接节点构成的无向图；
步骤2，计算出各邻接节点之间的交点；
步骤3，根据所述交点找出空洞的边界节点并构造出空洞的边界图；
步骤4，广度遍历所述边界图，从中找出所有的最小多边形以形成字典D；
步骤5，遍历所述字典D，判断网络中的节点是否被其中的一个最小多边形包围，如果是，则将该最小多边形从所述字典D中删除；
步骤6，计算所述字典D内的每个最小多边形的面积，如果结果为负则表示没有空洞；否则表示有空洞。
通过上述技术方案，本发明(1)便于排查冗余节点，在检测覆盖空洞边界节点时能够判断一个节点是否是冗余的，即除掉此节点后传感器网络是否还能够保持覆盖面积不变；(2)能够检测出覆盖空洞的边界和网络的外边界，这样便于更高效地部署修补节点以用最少的代价维护网络的最高效运行；(3)能够测量出无线传感器中覆盖空洞的面积来评估网络的质量和使用价值。
在一个实施例中，本方法的执行过程如下：(1)计算出由邻接节点构成的无向图；(2)计算出各邻接节点之间的交点；(3)从上步中找出属于空洞边界的节点；(4)根据这些交点构造出边界图；(5)广度遍历边界图，找出最小多边形，构成集合S，可以证明若存在覆盖空洞一定存在于多边形集合S中；(6)遍历每个节点，查看是否有节点存在于上步计算出的多边形中，若存在，则此多边形T不存在覆盖空洞，S＝S–T；(7)遍历S集合，计算出S中每个多边形的覆盖空洞，若结果为负则没有空洞。
优选地，请参考图1和图2，所述步骤1包括：遍历所有随机生成的节点，若两个所述节点的距离小于2倍的通信半径，则为邻居节点；收集所有节点的邻居节点的信息，并标记出来从而形成所述无向图。
优选地，请参考图3和图4，所述步骤3包括：遍历所述交点，找出对应的邻居节点集；如果一邻居节点到交点的距离小于通信半径，则表示此交点被覆盖，不是边界交点；如果所有邻居节点都没覆盖此交点，则此交点为边界交点，保存此交点对应两个节点的信息。
优选地，所述步骤4包括：对所述边界图进行广度优先遍历，从而得到所述边界图中所有的最小多变形；对每个所述最小多变形的节点坐标进行排序，并进行哈希处理，存入所述字典D中，以保证所述字典D中没有重复的最小多边形。
优选地，所述步骤6包括：计算每一个所述最小多边形的面积，并减去覆盖圆弧和边界三角形的面积；如果结果为负，则舍弃；若结果为正，则保存；最后，将结果相加，即得整个网络中的覆盖空洞的面积和。
本发明具有以下效果：(1)能够找到无线传感器网络的边界节点和覆盖空洞节点，便于部署修补节点以保持网络的畅通和覆盖；(2)能够计算出无线传感器网络的覆盖空洞的面积，以便于对当前的网络质量做出评估。
本发明可应用于通信行业的网络基站管理、煤炭采集行业传感器的监督部署、互联网信息监管部门的监控信息管理、工业控制等行业的采集信息的管理，也适用于其他各行业特色服务，应用前景广泛。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种无线传感器网络覆盖空洞面积的计算方法，其特征在于，包括：
步骤1，遍历所有随机生成的节点，若两个所述节点的距离小于2倍的通信半径，则为邻居节点；收集所有节点的邻居节点的信息，并标记出来从而形成由邻接节点构成的无向图；
步骤2，计算出各邻接节点之间的交点；
步骤3，根据所述交点找出空洞的边界节点并构造出空洞的边界图，该步骤3包括：
遍历所述交点，找出对应的邻居节点集；和
如果一邻居节点到交点的距离小于通信半径，则表示此交点被覆盖，不是边界交点；如果所有邻居节点都没覆盖此交点，则此交点为边界交点；
步骤4，广度遍历所述边界图，从中找出所有的最小多边形以形成字典D，该步骤4包括：
对所述边界图进行广度优先遍历，从而得到所述边界图中所有的最小多边形；和
对每个所述最小多变形的节点坐标进行排序，并进行哈希处理，存入所述字典D中，以保证所述字典D中没有重复的最小多边形；
步骤5，遍历所述字典D，判断网络中的节点是否被其中的一个最小多边形包围，如果是，则将该最小多边形从所述字典D中删除；
步骤6，计算所述字典D内的每个最小多边形的面积，如果结果为负则表示没有空洞，否则表示有空洞，该步骤6包括：
计算每一个所述最小多边形的面积，并减去覆盖圆弧和边界三角形的面积；
如果结果为负，则舍弃；若结果为正，则保存；以及
最后，将结果相加，即得整个网络中的覆盖空洞的面积和。
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