CN110602661B - 二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种二维无线传感器网络的漏洞修复方法，涉及无线传感器网络领域，包括如下步骤：1)激活无线传感器网络中移动节点，计算二维无线传感器网络中各覆盖漏洞的最大面积，以及修复各覆盖漏洞需要的移动节点的个数；2)移动节点选择移动的目标覆盖漏洞；3)移动节点选择移动路径，并按照选择的移动路径移动至目标覆盖漏洞的边界节点处；4)到达目标覆盖漏洞附近的移动节点计算其在目标覆盖漏洞中的相对位置并进行漏洞修复；本发明能在本地端完成，节点之间通信较少，且移动距离相对较短，无需节点位置坐标即可修复网络中的覆盖漏洞。

Description

二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法。

背景技术

近年来，随着无线传感器网络的发展，越来越多的应用无线传感器网络，例如环境监测、军事侦测、动物监测等等。无线传感器网络是在需要被检测的区域部署一系列的传感器节点，相互连接形成网络从而监测物理信息。网络的覆盖性能是衡量其服务质量的关键指标，它的不断改进和提高是其主要研究课题之一。

通常部署无线传感器网络的方式有随机部署和定点部署。但是定点部署需要人为计算并且逐个放置节点，费时费力，所以在大面积的部署节点时，通常不采取定点部署。随机部署传感器节点时，在被检测区域直接散布节点，所以容易出现没有被覆盖到的空白区域。并且，由于节点的物理特点导致节点无电或者节点损坏，也会导致网络出现空白区域。这些空白区域通常被称为“覆盖漏洞”。覆盖漏洞导致网络无法提供高质量的数据，所以，为了网络可以完整的覆盖感兴趣区域ROI，需要检测网络中覆盖漏洞的位置并且利用移动节点进行漏洞修复。

近年来，针对无线传感器网络漏洞修复的问题已经有了广泛的研究。部分修复覆盖漏洞需要知道漏洞的位置以及节点的坐标，利用位置信息，使移动节点准确的移动到需要填充的位置。并且在不同的研究文献中有不同的方法，部分致力于研究节点如何决策并且移动到漏洞中，并没有细致描述到达漏洞后如何找到每个节点的准确位置，另外一部分研究移动节点如何填补漏洞，在漏洞中如何准确填补，但没有规划移动路径。

发明内容

本发明目的在于提供一种二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，利用覆盖漏洞的边界节点数量，估测覆盖漏洞大小，并且移动节点分布式决策移动方向，自主修复覆盖漏洞；无需节点位置坐标，利用网络中冗余的移动节点进行网络漏洞的修复，方法实施简单。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，包括如下步骤：

1)激活二维无线传感器网络中设置的移动节点，计算二维无线传感器网络中各覆盖漏洞的最大面积，以及修复各覆盖漏洞至少需要的移动节点的个数；

2)移动节点选择移动的目标覆盖漏洞；

3)移动节点选择移动路径，并按照选择的移动路径移动至目标覆盖漏洞的边界节点处；

4)到达目标覆盖漏洞边界节点处的移动节点计算在目标覆盖漏洞中的相对位置并进行覆盖漏洞修复。

进一步的，所述步骤1)中计算覆盖漏洞面积的方法为通过已知的各覆盖漏洞的边界节点的个数结合节点的感应半径，计算各个覆盖漏洞的周长，并根据在同等周长中，圆的面积最大的原理计算各覆盖漏洞的最大面积；

定义以圆的面积计算的覆盖漏洞的最大面积时，覆盖漏洞记为覆盖漏洞圆；

则覆盖漏洞圆的面积公式为：

L＝(n/k)*2*sr (1-1)

R＝L/(2*pi) (1-2)

S＝pi*R^2 (1-3)

其中，n为覆盖漏洞的边界节点的个数，L为覆盖漏洞的周长，k为二维无线传感器网络的覆盖度，sr为节点的感应半径，R为覆盖漏洞圆的半径，S为覆盖漏洞圆的面积，pi为圆周率；

则修复面积为S的覆盖漏洞圆至少所需要的移动节点个数N为覆盖漏洞圆的面积与移动节点感应的面积的比值，即：

进一步的，所述步骤2)中对任意一个移动节点选择移动的目标覆盖漏洞，包括如下步骤：

(1.1)任一移动节点，记为A，找到A五跳之内的能通信的邻居节点，记录邻居节点的顺序以及各邻居节点的id；

(1.2)当A五跳之内的邻居节点包括覆盖漏洞的边界节点，则A和此覆盖漏洞通信成功；

(1.3)在所有的移动节点的五跳邻居节点通信结束后，每个覆盖漏洞将各自成功通信的移动节点依据节点跳数进行排序，并依据覆盖漏洞圆的面积大小选取排序的前N个移动节点发送返回消息，包括通信经过的节点id、移动节点与覆盖漏洞之间的跳数，以及移动节点与覆盖漏洞通信的边界节点id；排序在N后的移动节点信息保留备用；

(1.4)当移动节点收到单个覆盖漏洞按照接收的移动节点发送信息的反向路径返回消息时，移动节点直接选择该覆盖漏洞为目标覆盖漏洞，并移动到此目标覆盖漏洞的边界节点处；当移动节点收到多个覆盖漏洞的返回消息时，移动节点选择节点跳数更近的覆盖漏洞为目标覆盖漏洞，并移动至的目标覆盖漏洞的边界节点处；

(1.5)当所有收到返回消息的移动节点已移至对应的目标覆盖漏洞的边界节点处时，各覆盖漏洞分别检测位于其边界节点处的移动节点的数量是否是足够修复其自身：当覆盖漏洞检测到位于其边界节点处的移动节点的数量足够修复其自身，则释放存储的节点信息；当覆盖漏洞检测到位于其边界节点处的移动节点的数量不够修复其自身，则按照步骤(1.3)的排序，顺次再向排序在w之后的移动节点发送返回消息，等待后续的移动节点移至对应覆盖漏洞的边界节点处，直至覆盖漏洞边界节点处的移动节点的数量足够修复其自身。

进一步的，所述步骤(1.1)中，A五跳之内的能通信的邻居节点为A主动通信的三个一跳邻居节点，满足相邻两个一跳邻居节点与移动节点之间形成的角度为120度的三个节点，A向三个一跳邻居节点发送节点信息，包括节点id，是否为移动节点；所述三个一跳邻居节点再分别转发节点信息，任一一跳邻居节点通信找到其自身的两个一跳邻居节点转发节点信息，同时转发自身的节点信息，所述一跳邻居节点与其自身的两个一跳邻居节点两两构成120度位置关系；所述两个一跳邻居节点再分别重复三个一跳邻居节点通信转发节点信息的过程步骤；

当A的节点信息在持续发送五跳邻居节点后，或者在发送途中遇到边界节点，或者在发送途中遇到其他的移动节点后结束转发节点消息；在不会漏掉覆盖漏洞的同时避免网络中的信息洪泛。

进一步的，所述步骤3)中选择移动节点的移动路径时，利用返回消息中已知的路径节点id，依据移动节点感知的移动路径上路径节点id的信号强度判断移动方向是否正确，调整移动路径。

进一步的，所述步骤4)中，移动节点计算其在覆盖漏洞中的相对位置并进行漏洞修复的过程为无坐标顺序包围式修复覆盖漏洞，包括首个移动节点修复和其余移动节点部分修复；

所述首个移动节点修复过程为：对覆盖漏洞的边界节点按相邻顺序组成数组，首个移动节点至少覆盖其目标覆盖漏洞组成数组的任意相邻序号的两个边界节点感应范围的交点；所述首个移动节点位于任意相邻两个边界节点连线的中垂线上；

所述其余移动节点部分修复过程为：对其余移动节点中任一移动节点在修复覆盖漏洞时，先判断上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围是否具有交点；

当上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围没有交点时，其余移动节点中任一移动节点至少覆盖其目标覆盖漏洞中上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的边界节点中数组序号较大者和顺次序号的下一个边界节点的感应范围的交点，记为第一交点；以及覆盖上一个移动节点与上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的两个边界节点中数组序号较大的边界节点的感应范围的交点，记为第二交点；所述移动节点位于第一交点和第二交点的中垂线上；

当上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围具有交点时，其余移动节点中任一移动节点至少覆盖上一个移动节点和顺次序号的下一个边界节点的感应范围的交点，记为第三交点；以及覆盖其目标覆盖漏洞中与上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的两个边界节点顺次序号的相邻两个边界节点的感应范围的交点，记为第四交点；所述移动节点位于第三交点和第四交点的中垂线上。

进一步的，所述步骤4)移动节点成功修复覆盖漏洞的标准为：检测到所有选择修复覆盖漏洞的移动节点之间的距离、以及移动节点与覆盖漏洞边界节点的距离都小于2*sr。

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，获得了如下有益效果：

本发明的技术方案从节点之间的关系出发，首先通过移动节点到边界节点之间的距离关系来确定移动节点将最近的覆盖漏洞作为目标，其次移动节点到达覆盖漏洞的边界节点处后，计算该移动节点与边界节点、其他移动节点之间位置的关系来确定移动节点在覆盖漏洞中的相对位置以达到修复漏洞的目的；本发明技术方案明确，通信较少，移动较少。

本发明实现的基本过程采用判断节点位置关系的方法，从移动节点寻找其邻居节点，并且只需三个一跳邻居节点转发消息，其次邻居节点之间也只需转发两个一跳邻居，并且最多转发五跳。以及找到边界节点后，边界节点的返回信息只需要发送一次，移动节点自动决策并开始移动。本发明只需要极少的通信量，并且保证移动节点的决策路径和移动路径绝不会出现问题，相较于其他无位置的漏洞修复方法通常的通信量高，无法准确判定，需浪费能量做无效移动。本发明节省了大量漏洞的边界节点与移动节点的通信，移动节点自主决策，提高修复漏洞的覆盖率。

此外，现有技术中移动节点需要利用gps技术了解位置坐标从而进行一系列计算，但是本发明只需在传感器上添加测量角度及距离的固件，进而了解节点之间的角度关系以及一跳范围内的距离，不需要获取位置坐标，很大程度上节约了资金，且简化方法的实施，决策效率高。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明系统流程图；

图2为本发明移动节点转发五跳邻居的具体模型；

图3为本发明的移动节点移动的具体示例；

图4为首个移动节点寻找位置关系示例图；

图5为其余移动节点修复漏洞示例图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不定义包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

本发明旨在通过判断节点之间的位置关系来找到二维网络中的覆盖漏洞，并使用移动节点进行修复覆盖漏洞，帮助构建完整的网络状态进行数据的收集。基于现有技术，部分方法需要使用节点位置坐标，部分无需节点坐标的方法中，需要节点大量的通信，以及移动节点的无效移动距离等问题。本发明提出一种二维无线传感器网络的漏洞修复方法，对节点坐标没有要求，无需任何不必要的节点之间的通信，移动节点分布式决定移动方向，且几乎无需移动节点的无效移动，很大程度的节约了节点的能量，延长网络寿命。

结合图1所示，一种二维无线传感器网络的漏洞修复方法主要包括如下步骤：1)激活二维无线传感器网络中设置的移动节点，计算二维无线传感器网络中各覆盖漏洞的最大面积，以及修复各覆盖漏洞需要的移动节点的个数；移动节点一般为用滑轮组装的传感器，可以预先投放在网络中，不激活，也可以在后续覆盖漏洞修复时投放并激活；2)移动节点选择移动的目标覆盖漏洞；3)移动节点选择移动路径，并按照选择的移动路径移动至目标覆盖漏洞的边界节点处；4)到达目标覆盖漏洞边界节点处的移动节点计算在目标覆盖漏洞中的相对位置并进行覆盖漏洞修复。

上述步骤1)中，计算覆盖漏洞面积的方法为通过已知的各覆盖漏洞的边界节点的个数结合节点的感应半径，计算各个覆盖漏洞的周长，并根据在同等周长中，圆的面积最大的原理计算各覆盖漏洞的最大面积；

定义以圆的面积计算的覆盖漏洞的最大面积时，覆盖漏洞记为覆盖漏洞圆；则覆盖漏洞圆的面积公式为：

L＝(n/k)*2*sr (1-1)

R＝L/(2*pi) (1-2)

S＝pi*R^2 (1-3)

其中，n为覆盖漏洞的边界节点的个数，L为覆盖漏洞的周长，k为二维无线传感器网络的覆盖度，sr为节点的感应半径，R为覆盖漏洞圆的半径，S为覆盖漏洞圆的面积，pi为圆周率；在计算覆盖漏洞的最大面积时，现有技术已知单个覆盖漏洞内的相邻边界节点互相通信，即每个覆盖漏洞的边界节点个数可直接用作是已知数据。假设每个边界节点之间的距离皆为最大，即为两倍感应半径2*sr，此时估算覆盖漏洞周长L则为边界节点数n*2*sr，但是在覆盖网络中是k覆盖的，因此应该将网络的节点个数n/k，再进行相应的计算，即得到公式(1-1)计算的覆盖漏洞的最大周长。跟据“在同等周长中，圆的面积最大”可知，周长L的覆盖漏洞其最大面积应当时其形状为圆形时，因此假设所有覆盖漏洞皆为圆形，以此最大面积的覆盖漏洞的面积，采用公式(1-2)计算覆盖漏洞圆的半径R，结合公式(1-3)计算覆盖漏洞圆的面积。

利用公式(1-2)和公式(1-3)的结合转化，覆盖漏洞圆的面积与移动节点感应的面积的比值，即为修复该覆盖漏洞圆需要的最少的移动节点的个数。

如公式(1-4)所示，N即为单个覆盖漏洞修复至少需要的传感器节点的个数。

结合图2所示的具体实施例，上述步骤2)中，对任意一个移动节点选择移动的目标覆盖漏洞，包括如下步骤：(1.1)任一移动节点，记为A，找到A五跳之内的能通信的邻居节点，记录邻居节点的顺序以及各邻居节点的id；(1.2)当A五跳之内的邻居节点包括覆盖漏洞的边界节点，则A和此覆盖漏洞通信成功；(1.3)在所有的移动节点的五跳邻居节点通信结束后，每个覆盖漏洞将各自成功通信的移动节点依据节点跳数进行排序，并依据覆盖漏洞圆的面积大小选取排序的前N个移动节点发送返回消息，包括通信经过的节点id、移动节点与覆盖漏洞之间的跳数，以及移动节点与覆盖漏洞通信的边界节点id；排序在N后的移动节点信息保留备用；(1.4)当移动节点收到单个覆盖漏洞按照接收的移动节点发送信息的反向路径返回消息时，移动节点直接选择该覆盖漏洞为目标覆盖漏洞，并移动到此目标覆盖漏洞的边界节点处；当移动节点收到多个覆盖漏洞的返回消息时，移动节点选择节点跳数更近的覆盖漏洞为目标覆盖漏洞，并移动至的目标覆盖漏洞的边界节点处；(1.5)当所有收到返回消息的移动节点已移至对应的目标覆盖漏洞的边界节点处时，各覆盖漏洞分别检测位于其边界节点处的移动节点的数量是否是足够修复其自身：当覆盖漏洞检测到位于其边界节点处的移动节点的数量足够修复其自身，则释放存储的节点信息；当覆盖漏洞检测到位于其边界节点处的移动节点的数量不够修复其自身，则按照步骤(1.3)的排序，顺次再向排序在w之后的移动节点发送返回消息，等待后续的移动节点移至对应覆盖漏洞的边界节点处，直至覆盖漏洞边界节点处的移动节点的数量足够修复其自身。其中覆盖漏洞检测位于其边界节点处的移动节点的数量是否是足够修复其自身的方式为节点通信收发消息的过程。

即，首先节点A主动通信寻找到三个一跳邻居节点，分别记为节点a、节点b和节点c，<bAc、<cAa、<aAb三个角度分别接近或等于120度；节点a、节点b和节点c再分别转发消息给自己的两个一跳邻居节点，并同时转发自身的节点信息，任一个一跳邻居节点，节点a、节点b或节点c，与其自身通信找到的两个一跳邻居节点，两两构成角度依然为接近或等于120度，以此类推，最多发送五跳信息，或者如图1中所示，移动节点A发送消息经过节点b以及节点d到达移动节点B后，由于移动节点B为移动节点，所以不再转发消息；或者在节点A发送消息的途中遇到边界节点，不再转发消息。另外，由于本网络中固定节点和移动节点的比例为8:1，发送五跳信息足够检测。最后形成的消息发送路径可以形成正六边形，不会漏掉覆盖漏洞。每个移动节点在所有一跳邻居节点中寻找三个邻居节点，另外，在发送消息时，如果两个移动节点距离很近，例如移动节点A和移动节B，发送消息时，彼此的消息在到达其他移动节点后，就终止此条信息的转发。

另外在步骤(1.3)中，每个覆盖漏洞可收到来自不同移动节点发送的跳数信息，并且覆盖漏洞将收到的信息按照跳数的个数进行排序，跳数越少，表明该移动节点距离覆盖漏洞越近，最后，覆盖漏洞将返回信息发送给排序靠前的需要的移动节点，例如发送给前N个距离覆盖漏洞越近的移动节点。在移动节点收到返回消息后，包括收到一条或多条来自不同的距离覆盖漏洞的返回信息，移动节点选择距离自己最近的覆盖漏洞作为目标覆盖漏洞进行移动。

步骤(1.5)的目的在于，当移动节点移动到覆盖漏洞附近，部分覆盖漏洞可能需要十个移动节点，但是只有八个移动节点移动到漏洞附近(另外两个可能因为距离其它覆盖漏洞更近，所以没有移动到这里)，因此，还需要两个移动节点，此时覆盖漏洞再按照之前的排序，再排序在往下顺延两个移动节点发送返回消息，等待移动节点移动；以此类推，直至有足够的移动节点足够修复覆盖漏洞。

结合图3所示的具体实施例，步骤3)中选择移动节点的移动路径时，利用返回消息中已知的路径节点id，依据移动节点感知的移动路径上路径节点id的信号强度判断移动方向是否正确，调整移动路径；即当移动节点移动的方向与要移动的目标覆盖漏洞的相反或不正确的方向时，移动节点感知目标覆盖漏洞的信号强度会减弱甚至消失。具体为，假设节点A确定将沿着已知的路径节点ab的路径到达覆盖漏洞“3”的边界节点处去修复覆盖漏洞“3”，但是，移动节点A没有定位功能，无法得知自己的位置以及覆盖漏洞的位置；此时，假设移动节点A沿着相反或者偏差的位置移动至节点A1或者A2的位置时，移动节点A仍然不能与节点b直接通信，但是移动节点A可感知其与节点a的通信强度变弱，则可得知，移动节点A移动的方向是错误的，此时改变方向，直至移动节点A移动至A3的位置，此时移动节点A可与节点b直接通信，且与节点b的通信强度越来越强。延续此方法，直至移动节点A到达节点3的位置，此时，节点A与覆盖漏洞“3”的通信强度最强。

信号强度ρ可由节点之间感测，如式(1-5)所示：

其中，P_s为发射功率，P_r为接受功率，u为环境影响因素，l为收发节点之间的距离，P为功率；功率和信号强度的转化如式(1-6)所示。

结合图4和图5所示，上述步骤4)中移动节点计算其在覆盖漏洞中的相对位置并进行漏洞修复的过程为无坐标顺序包围式修复覆盖漏洞，包括首个移动节点修复和其余移动节点部分修复。

现有技术可知每个覆盖漏洞的所有边界节点，本发明的技术方案实施时先将单个覆盖漏洞的边界节点按相邻顺序组成数组。因为节点的感应范围呈圆形，并且覆盖漏洞任意相邻两个边界节点的感应范围至少有一个交点，所以首个移动节点只需覆盖任意相邻两个边界节点的感应范围位于覆盖漏洞中的交点，至此这两个边界节点和首个移动节点之间再无其他漏洞，由此来确定首个移动节点与覆盖漏洞上任意两个相邻边界节点的位置关系。

即首个移动节点修复过程为：对覆盖漏洞的边界节点按相邻顺序组成数组，首个移动节点至少覆盖其目标覆盖漏洞组成数组的任意相邻序号的两个边界节点感应范围的交点，首个移动节点位于任意相邻两个边界节点连线的中垂线上。具体为，移动节点A为首个移动节点，且依据返回消息的路径id选择移动，已到达边界节点3的位置，基于移动节点可以测量通信半径tr(tr＝2*sr)范围内的距离，所以，边界节点3和边界节点4之间的距离已知。图中围绕节点的圆虚线是每个节点的感知范围，边界节点3和边界节点4感知范围的交点我们标记为a。从图中可以看出，标记a为边界节点3、边界节点4感知范围的交点即“凹”处，则移动节点如果覆盖a处，则必然覆盖了其他相应区域，所以移动节点的位置应该是在图中A1处。

从图中可以看出，A1的位置应在线段“34”的中垂线“fa”上，且a为边界节点3和边界节点4感知范围的交点。

由于二维无线传感器网络是混合网络，移动节点可检测较短距离(距离小于tr为较短距离)，两条直线相交得到一点；因此，在二维无线传感器网络中做三角形a43，已知边4a＝＝3a＝＝sr，所以，三角形a43为等腰三角形，而等腰三角形底边的中垂线一定是经过定点，即直线“fa”为三角形a43底“34”的中垂线。

延长“fa”到达A1，依据刚刚的证明可得，“4A1”一定等于“3A1”。且“4a”为sr，“4f”为1/2“43”，“43”可用节点“A”测距获得，又因为“fa”为中垂线，所以依据勾股定理可得“fa”的长度，又因为“a A1”的距离为sr，则可以求出“f A1”的长度为“fa”+“a A1”，且“4f”已知，依据勾股定理“直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方”可求出“4A1”。因为移动节点A可测量短距离，所以，所以首个移动节点A的位置应该是在A1处，首个移动节点A是可直接移动到A1的位置，完成填充覆盖漏洞。

当首个移动节点A的位置已经确定，在其余移动节点的修复过程中，先选取上一个移动节点修复覆盖漏洞时的两个边界节点中数组序号较大者，再选取顺次序号的覆盖漏洞的下一个边界节点，同时考虑这两个边界节点和上一个移动节点的位置关系。对其余移动节点中任一移动节点在修复覆盖漏洞时，先判断上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围是否具有交点。

即当上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围没有交点时，其余移动节点中任一移动节点至少覆盖其目标覆盖漏洞中上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的边界节点中数组序号较大者和顺次序号的下一个边界节点的感应范围的交点，记为第一交点；以及覆盖上一个移动节点与上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的两个边界节点中数组序号较大的边界节点的感应范围的交点，记为第二交点；所述移动节点位于第一交点和第二交点的中垂线上；

当上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围具有交点时，其余移动节点中任一移动节点至少覆盖上一个移动节点和顺次序号的下一个边界节点的感应范围的交点，记为第三交点；以及覆盖其目标覆盖漏洞中与上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的两个边界节点顺次序号的相邻两个边界节点的感应范围的交点，记为第四交点；所述移动节点位于第三交点和第四交点的中垂线上。

因此，先判断首个移动节点A其与边界节点5的的感应范围是否具有交点，如果有交点，则下一个移动节点修复时直接判断边界节点5、边界节点6以及移动节点A形成的交点；如果没有交点，则判断边界节点4、边界节点5以及移动节点A，进而准确计算对应数量的移动节点在覆盖漏洞中的准确位置。

其余部分移动节点的修复可进一步结合图5所示的具体实施例，在首个移动节点A已经如上述内容所示，已修复覆盖漏洞的一部分，此时覆盖漏洞已经发生变化；附图可知，移动节点A和边界节点5的感应范围没有交点，因此将边界节点当作第一层，则首个移动节点为第二层，第二个移动节点覆盖时，需要考虑两层节点中相近的节点，即上一个移动节点A、上一个移动节点A修复的覆盖漏洞的边界节点中按照边界节点所组成数组的顺序，取后者边界节点4，并且再顺次取下一个边界节点，边界节点5。

在图5中，首个移动节点A已经修复，此时第二个移动节点，记为B，不仅仅要考虑边界节点4和边界节点5的“凹”处，边界节点4和移动节点A也形成感应区的“凹”处，所以移动节点B的位置应该是覆盖a(为上述第二交点)和f(为上述第一交点)处的，又因为移动节点B需要均等的覆盖两处“凹”处，所以移动节点B应该在<a4f的平分线上，且连接“af”，<a4f的平分线应该为“af”的中垂线。所以，求出“4B”的长度以及<A4B的角度即可确定移动节点B的位置。

边界节点4以及移动节点B之间的距离计算以及<A4B的角度如下：

如图5所示：边界节点4以及移动节点B的感应第二交点为“a”，边界节点4以及边界节点5的感应第一交点为“f”，连接“af”，线段“af”与“4B”的交点为“m”，两线段互为垂直平分线。即“4f”＝“Bf”，“fm”＝“fm”，且“fa”垂直“4B”，所以三角形4fm与三角形Bfm完全相等。所以线段“4m”＝“Bm”，移动节点B与边界节点4的距离为2倍的4m。已知边界节点4可测量角度，所以<A45已知，因为三角形f45为等腰三角形，且已知三角形三条边的长度，所以可求出<f45，同理求出<A4a，由于4m为<a4f的角平分线，所以<a4m为(<A45-<A4a-<f45)/2。又因为三角形中a/sinA＝b/sinB＝c/sinC，所以4m/(sin<4fm)＝4f/(sin<fm4)，可求出4m的长度，4B＝2*4m，<A4B＝<A4m＝<A4a+<a4m，所以移动节点B可以移动的正确的相对位置确定。

另外，当移动节点B的位置已经确定，还需再判断其与边界节点6的感应范围是否存在交点，如果存在交点，则下一个移动节点修复时判断边界节点6、边界节点7以及移动节点B，否则判断边界节点5、边界节点6以及移动节点B。后续移动节点在覆盖漏洞中的相对位置与移动节点B的计算过程类似相同。

所有移动节点以此类推，直到检测到所有选择修复漏洞的移动节点之间的距离，以及移动节点与漏洞边界节点的距离都小于2*sr，此覆盖漏洞被认定为成功修复。

通常无位置的漏洞修复方法往往通信量高或因对节点位置难以做出准确判定而导致移动节点可能的无效移动，造成能量浪费，而本发明通信量较少，并且通过节点的优化决策指导移动节点运动，节约了网络的整体能量使用。相较于现有技术中移动节点需要利用gps技术了解位置坐标从而进行一系列计算，在本发明中只需在传感器上添加测量角度及距离的固件，进而了解节点之间的角度关系以及一跳范围内的距离，不需要获取位置坐标，很大程度上节约了资金，且简化方法的实施，决策效率高。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)激活二维无线传感器网络中设置的移动节点，计算二维无线传感器网络中各覆盖漏洞的最大面积，以及修复各覆盖漏洞至少需要的移动节点的个数；

2)移动节点选择移动的目标覆盖漏洞；

3)移动节点选择移动路径，并按照选择的移动路径移动至目标覆盖漏洞的边界节点处；

4)到达目标覆盖漏洞边界节点处的移动节点计算在目标覆盖漏洞中的相对位置并进行覆盖漏洞修复；

其中，对任意一个移动节点选择移动的目标覆盖漏洞，包括：

(1.1)任一移动节点，记为A，找到A五跳之内的能通信的邻居节点，记录邻居节点的顺序以及各邻居节点的id；节点A五跳之内的能通信的邻居节点为：A主动通信的三个一跳邻居节点，满足相邻两个一跳邻居节点与移动节点之间形成的角度为接近或等于120度的三个节点，A向三个一跳邻居节点发送节点信息，包括节点id，是否为移动节点；

所述三个一跳邻居节点再分别转发节点信息，任一一跳邻居节点通信找到两个一跳邻居节点转发节点信息，同时转发自身的节点信息，所述一跳邻居节点与其自身的两个一跳邻居节点两两构成接近或等于120度位置关系；所述两个一跳邻居节点再分别重复三个一跳邻居节点通信转发节点信息的过程步骤；

当A的节点信息在持续发送五跳邻居节点后，或者在发送途中遇到边界节点，或者在发送途中遇到其他的移动节点后结束转发节点消息；

(1.2)当A五跳之内的邻居节点包括覆盖漏洞的边界节点，则A和此覆盖漏洞通信成功；

(1.3)在所有的移动节点的五跳邻居节点通信结束后，每个覆盖漏洞将各自成功通信的移动节点依据节点跳数进行排序，并依据覆盖漏洞圆的面积大小选取排序的前N个移动节点发送返回消息，包括通信经过的节点id、移动节点与覆盖漏洞之间的跳数，以及移动节点与覆盖漏洞通信的边界节点id；排序在N后的移动节点信息保留备用；

(1.4)当移动节点收到单个覆盖漏洞按照接收的移动节点发送信息的反向路径返回消息时，移动节点直接选择该覆盖漏洞为目标覆盖漏洞，并移动到此目标覆盖漏洞的边界节点处；当移动节点收到多个覆盖漏洞的返回消息时，移动节点选择节点跳数更近的覆盖漏洞为目标覆盖漏洞，并移动至的目标覆盖漏洞的边界节点处；

(1.5)当所有收到返回消息的移动节点已移至对应的目标覆盖漏洞的边界节点处时，各覆盖漏洞分别检测位于其边界节点处的移动节点的数量是否是足够修复其自身：当覆盖漏洞检测到位于其边界节点处的移动节点的数量足够修复其自身，则释放存储的节点信息；当覆盖漏洞检测到位于其边界节点处的移动节点的数量不够修复其自身，则按照步骤(1.3)的排序，顺次再向排序在N之后的移动节点发送返回消息，等待后续的移动节点移至对应覆盖漏洞的边界节点处，直至覆盖漏洞边界节点处的移动节点的数量足够修复其自身。

2.根据权利要求1所述的二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，其特征在于，所述步骤1)中计算覆盖漏洞面积的方法为通过已知的各覆盖漏洞的边界节点的个数结合节点的感应半径，计算各个覆盖漏洞的周长，并根据在同等周长中，圆的面积最大的原理计算各覆盖漏洞的最大面积；

定义以圆的面积计算的覆盖漏洞的最大面积时，覆盖漏洞记为覆盖漏洞圆；

则覆盖漏洞圆的面积公式为：

L＝(n/k)*2*sr (1-1)

R＝L/(2*pi) (1-2)

S＝pi*R^2 (1-3)

其中，n为覆盖漏洞的边界节点的个数，L为覆盖漏洞的周长，k为二维无线传感器网络的覆盖度，sr为节点的感应半径，R为覆盖漏洞圆的半径，S为覆盖漏洞圆的面积，pi为圆周率；

则修复面积为S的覆盖漏洞圆至少所需要的移动节点个数N为覆盖漏洞圆的面积与移动节点感应的面积的比值，即：

3.根据权利要求1所述的二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，其特征在于，所述步骤3)中选择移动节点的移动路径时，利用返回消息中已知的路径节点id，依据移动节点感知的移动路径上路径节点id的信号强度判断移动方向是否正确，调整移动路径。

4.根据权利要求1所述的二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，其特征在于，所述步骤4)中，移动节点计算其在覆盖漏洞中的相对位置并进行漏洞修复的过程为无坐标顺序包围式修复覆盖漏洞，包括首个移动节点修复和其余移动节点部分修复；

所述首个移动节点修复过程为：对覆盖漏洞的边界节点按相邻顺序组成数组，首个移动节点至少覆盖其目标覆盖漏洞组成数组的任意相邻序号的两个边界节点感应范围的交点；所述首个移动节点位于任意相邻两个边界节点连线的中垂线上；

所述其余移动节点部分修复过程为：对其余移动节点中任一移动节点在修复覆盖漏洞时，先判断上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围是否具有交点；

当上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围没有交点时，其余移动节点中任一移动节点至少覆盖其目标覆盖漏洞中上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的边界节点中数组序号较大者和顺次序号的下一个边界节点的感应范围的交点，记为第一交点；以及覆盖上一个移动节点与上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的两个边界节点中数组序号较大的边界节点的感应范围的交点，记为第二交点；所述移动节点位于第一交点和第二交点的中垂线上；

当上一个移动节点与顺次序号的下一个边界节点的感应范围具有交点时，其余移动节点中任一移动节点至少覆盖上一个移动节点和顺次序号的下一个边界节点的感应范围的交点，记为第三交点；以及覆盖其目标覆盖漏洞中与上一个移动节点修复覆盖漏洞时选取的两个边界节点顺次序号的相邻两个边界节点的感应范围的交点，记为第四交点；所述移动节点位于第三交点和第四交点的中垂线上。

5.根据权利要求1所述的二维无线传感器网络覆盖漏洞的修复方法，其特征在于，所述步骤4)移动节点成功修复覆盖漏洞的标准为：检测到所有选择修复覆盖漏洞的移动节点之间的距离、以及移动节点与覆盖漏洞边界节点的距离都小于2*sr。

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