專利名稱：無線傳感網(wǎng)中基于隨機行走的容錯方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡技術，特別涉及一種無線傳感網(wǎng)中基于隨機行走的容錯方法。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡是由大量無處不在的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點構成的自組織分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)。通信技術的發(fā)展使人們不再滿足于單個傳感器獨立的對環(huán)境進行感知，而是希望通過傳感器之間的相互協(xié)作與通信完成更為廣泛與精細的監(jiān)測任務，并且把監(jiān)測的數(shù)據(jù)以及部分處理的結果通過網(wǎng)絡傳送給相應的用戶，完成更為復雜的計算、分析以及處理。由于無線傳感器網(wǎng)絡無需固定設備支撐，可以快速部署，同時具有易于組網(wǎng)、不受有線網(wǎng)絡的約束等優(yōu)點，將被廣泛應用于災難自救、醫(yī)療救護、環(huán)境檢測、森林火險報警、火山監(jiān)測和軍事領域。國際上，無線傳感器網(wǎng)絡引起了學術界、軍界和工業(yè)界的極大關注，許多重要的計算機和無線通信的研發(fā)組織已深刻地認識到了這個問題，進行了無線傳感器網(wǎng)絡的基礎理論和關鍵技術的研究。目前由微型傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)發(fā)展成為一個重要的計算平臺。復雜網(wǎng)絡是迅速發(fā)展的一門新興學科，近年來大量復雜網(wǎng)絡的研究成果發(fā)表在《Physical Review Letters》、《Physical Review EK ((Physica Α》禾Π《PANS》等物理類期刊以及《Nature》和《Science》等綜合性期刊上，從一個側面反映出復雜網(wǎng)絡已成為物理界的一個新的研究熱點，其理論基礎是統(tǒng)計物理學。無線傳感器網(wǎng)絡的主要任務是將網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點收集的數(shù)據(jù)傳送給基站，一種實現(xiàn)該任務的最簡單方法是直接傳送，即網(wǎng)絡中的每個節(jié)點把收集的數(shù)據(jù)直接傳送給基站。然而，對于遠離基站的無線傳感器節(jié)點來說，這將使節(jié)點傳送數(shù)據(jù)消耗的能量代價太高而使節(jié)點很快死亡。為解決這個問題，一些以節(jié)約能量為目的的算法相繼被提出來，目前較主流的是LEACH算法，它首先以自組織的方式隨機選出部分傳感器節(jié)點作為簇頭，接著選出的簇頭進行廣播，普通節(jié)點根據(jù)接受信號的強弱來選擇最近的簇頭加入，并同該簇頭一起形成簇。然后簇中的成員節(jié)點把收集的數(shù)據(jù)傳送給簇頭，簇頭將簇內(nèi)所有成員節(jié)點收集的數(shù)據(jù)與本節(jié)點收集的數(shù)據(jù)進行聚合后發(fā)給基站。另值得一提的是PEGASIS協(xié)議。該協(xié)議把系統(tǒng)中所有無線傳感器節(jié)點用貪婪算法構成一個鏈，在每一輪中，任意節(jié)點從位于鏈上的一相鄰接點接收數(shù)據(jù)并把接收到的數(shù)據(jù)與本節(jié)點的數(shù)據(jù)聚合，接著把聚合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈上的另一相鄰接點。這種發(fā)送和聚合是從鏈上的端節(jié)點開始，沿著鏈路直到指定節(jié)點，然后由指定節(jié)點把最后聚合的數(shù)據(jù)發(fā)送到基站。與LEACH協(xié)議相比，PEGASIS協(xié)議與基站直接通信的節(jié)點更少而且數(shù)據(jù)聚合能力更強，從而減少了每一輪的能量損耗。但PEGASIS算法是將網(wǎng)絡中的全部節(jié)點構造成一條鏈，如果鏈上的某一節(jié)點死亡則使得從鏈端到該節(jié)點的所有數(shù)據(jù)丟失，因此PEGASIS的容錯性差。PEDAP協(xié)議進一步發(fā)展了 PEGASIS協(xié)議，其核心思想是把無線傳感器網(wǎng)絡的所有節(jié)點構造成一棵最小匯集樹(Minimum Spanning Tree)，每過一定的輪數(shù)后，PEDAP協(xié)議需要基站重新計算路由信息用來排除死亡節(jié)點。然而對于PEDAP這種集中式的算法，如果節(jié)點因非能量耗盡而死亡時，則基站無法排除這類故障而仍然按照原來的信息計算最小匯集樹，從而影響了網(wǎng)絡拓撲的可靠性。在實際應用中，無線傳感器網(wǎng)絡往往被部署在人們難以維護的地區(qū)，在惡劣環(huán)境因素的影響下，傳感器節(jié)點一般具有較高的故障率，當網(wǎng)絡中的一個或多個節(jié)點失效時，收集的數(shù)據(jù)將會丟失。因此人們希望無線傳感器網(wǎng)絡拓撲具有良好的魯棒性，在部分節(jié)點會受到能量和惡劣環(huán)境影響而失效時，局部失效不應該導致失去全局網(wǎng)絡傳輸信息的能力。目前針對無線傳感器網(wǎng)絡結構容錯性的研究涉及較少。已有的文獻與專利都是集中在構造k重覆蓋網(wǎng)絡或增加工作節(jié)點來進行的，這些冗余機制盡管滿足了容錯性的要求，但由于增加了參與通信的節(jié)點個數(shù)，因而降低了系統(tǒng)的性能、影響了網(wǎng)絡的壽命。復雜網(wǎng)絡理論的研究結果表明，復雜系統(tǒng)的容錯能力不僅僅存在于這些具有冗余組件的系統(tǒng)， 而且也同樣存在于具有無標度特征的網(wǎng)絡之中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無線傳感網(wǎng)中基于隨機行走的容錯方法，以解決現(xiàn)有技術的容錯能力差的缺陷。本發(fā)明提供的無線傳感網(wǎng)中基于隨機行走的容錯方法包括以下步驟1)以基站和它的鄰居簇頭節(jié)點組成的Hitl個節(jié)點分別作為初始點，并使基站與它們兩兩相連；2)隨機選擇一個簇頭節(jié)點j作為隨機行走的起始點；3)行走者按照取決于當前簇頭節(jié)點j的鄰居簇頭節(jié)點i的能量的概率Π (i)，行走至所述鄰居簇頭節(jié)點i，并將所述鄰居簇頭節(jié)點i標記，然后重復所述行走過程，直至m <m0個不同簇頭節(jié)點被標記；4)如果隨機行走者到達了一個已經(jīng)被標記過的簇頭節(jié)點，則新的行走從所述已經(jīng)被標記過的簇頭節(jié)點開始。其中，mQ和m分別為正整數(shù)。其中，當一個新的簇頭節(jié)點加入并連接到m個被標記的簇頭節(jié)點時，整個過程從步驟2)開始重復，直到無線傳感器網(wǎng)絡中的所有簇頭節(jié)點都被互連。其中，在步驟3)中，所述概率Π (i)為
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權利要求
1.一種無線傳感網(wǎng)中基于隨機行走的容錯方法，包括以下步驟1)以基站和它的鄰居簇頭節(jié)點組成的Hltl個節(jié)點分別作為初始點，并使基站與它們兩兩相連；2)隨機選擇一個簇頭節(jié)點j作為隨機行走的起始點；3)行走者按照取決于當前簇頭節(jié)點j的鄰居簇頭節(jié)點i的能量的概率Π(i)，行走至所述鄰居簇頭節(jié)點i，并將所述鄰居簇頭節(jié)點i標記，然后重復所述行走過程，直至111 < Hl0 個不同簇頭節(jié)點被標記；
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在隨機行走者到達了一個已經(jīng)被標記過的簇頭節(jié)點時，新的行走從所述已經(jīng)被標記過的簇頭節(jié)點開始。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中一個新的簇頭節(jié)點加入并連接到m個被標記的簇頭節(jié)點時，整個過程從步驟2)開始重復，直到無線傳感器網(wǎng)絡中的所有簇頭節(jié)點都被互連。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的方法，其中，在步驟3)中，所述概率Π(i)為kj ^Neighbors其中、為簇頭節(jié)點j的度，Ei為鄰居簇頭節(jié)點的能量，Ekj為簇頭節(jié)點j的能量。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在以基站和它的鄰居簇頭節(jié)點組成的Hitl個節(jié)點分別作為初始點之前，在大規(guī)模部署的無線傳感器網(wǎng)絡中形成分布均勻的簇頭節(jié)點。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線傳感網(wǎng)中基于隨機行走的容錯方法，包括以下步驟以基站和它的鄰居簇頭節(jié)點組成的m0個節(jié)點分別作為初始點，并使基站與它們兩兩相連；隨機選擇一個簇頭節(jié)點j作為隨機行走的起始點；行走者按照取決于當前簇頭節(jié)點j的鄰居簇頭節(jié)點i的能量的概率∏(i)，行走至所述鄰居簇頭節(jié)點i，并將所述鄰居簇頭節(jié)點i標記，然后重復所述行走過程，直至m＜m0個不同簇頭節(jié)點被標記；如果隨機行走者到達了一個已經(jīng)被標記過的簇頭節(jié)點，則新的行走從所述已經(jīng)被標記過的簇頭節(jié)點開始。本發(fā)明可以使簇頭之間在通信時形成的網(wǎng)絡拓撲具有容錯性很強的無標度網(wǎng)絡的特征，從而提高了數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)目煽啃浴?br> 文檔編號H04W40/02GK102256268SQ201010176659
公開日2011年11月23日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權日2010年5月19日
發(fā)明者白云飛 申請人:北京興科迪科技有限公司