一種復雜環(huán)境下無線殘存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡的重塑方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種無線傳感器網(wǎng)絡重塑方法，尤其是一種在復雜環(huán)境下無線殘存?zhèn)?感器網(wǎng)絡的重塑方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡是一種綜合了多種技術(shù)的自組織網(wǎng)絡，由大量具有感知能力、計 算能力和無線通信能力的微型節(jié)點組成，利用無線收發(fā)技術(shù)通過所有節(jié)點運行相應的組網(wǎng) 協(xié)議自動形成一個多跳通信方式的網(wǎng)絡系統(tǒng)。由于其價格低廉、快速展開、抗損壞性強等特 點，使其廣泛應用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、資源開采等多個領域。
[0003] 在一些復雜環(huán)境或特殊場合中安置的傳感器可W實現(xiàn)有效的監(jiān)控和處置，但在災 害或危險情況發(fā)生時，整個無線傳感器網(wǎng)絡極易因惡劣的環(huán)境而損壞，從而導致整個網(wǎng)絡 無法進行通信或無法完全覆蓋要求的區(qū)域范圍而失去作用，災難發(fā)生的不可預知性、現(xiàn)場 環(huán)境的復雜惡劣W及救援的緊迫性等特點對網(wǎng)絡重塑提出了更高的需求。
[0004] 常見的無線殘存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡包括若干傳感器節(jié)點、少量錯節(jié)點和一個數(shù)據(jù)處理中 屯、，由于不可抗力因素，該網(wǎng)絡無法覆蓋整個監(jiān)測區(qū)域，存在空洞或斷層；
[0005] 傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡修復方法多基于二次布點、重復覆蓋等方法，其具有很大 的盲目性，同時由于多數(shù)傳感器節(jié)點的不可回收性造成嚴重的資源浪費，在此種條件下提 出了一種復雜環(huán)境下無線殘存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡的重塑方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是要提供一種能夠快速準確的實現(xiàn)復雜環(huán)境下無線殘存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng) 絡的重塑方法，在災害發(fā)生后，可W快速有效的恢復整個無線傳感器網(wǎng)絡的通信，實現(xiàn)原本 網(wǎng)絡的基本功能。
[0007] 本發(fā)明的目的是該樣實現(xiàn)的：一種復雜環(huán)境下無線殘存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡的重塑方法， 包括確定無線傳感器網(wǎng)絡的擁痕區(qū)域，選取一個最鄰近擁痕區(qū)域的簇頭節(jié)點作為移動載體 在現(xiàn)存網(wǎng)絡中移動的最終目標節(jié)點；移動載體掛載多個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)處理中屯、出發(fā)前 往最終目標節(jié)點，移動載體在移動過程中依據(jù)現(xiàn)存網(wǎng)絡自主定位并修正前進方向；當移動 載體到達最終目標節(jié)點后，利用最終目標節(jié)點和最鄰近最終目標節(jié)點的兩個簇頭節(jié)點來確 定進入擁痕區(qū)域的前進方向；進入擁痕區(qū)域后，移動載體屏蔽現(xiàn)存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡中除最終目 標節(jié)點外的所有信號，W最終目標節(jié)點為起點，根據(jù)鏈式網(wǎng)絡搭建原理重塑無線傳感器網(wǎng) 絡。
[000引所述移動載體包括；處理單元、可擦寫存儲器、無線信號收發(fā)裝置、掛載彈射裝置、 避障裝置、攝像頭和移動裝置；所述的處理單元與無線信號收發(fā)裝置、可擦寫存儲器、掛載 彈射裝置、避障裝置、攝像頭及移動裝置相連，作為中樞，控制無線信號收發(fā)裝置和可擦寫 存儲器的工作流程并使它們協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，控制掛載彈射裝置、避障裝置和攝像頭；所述的可擦 寫存儲器，用于程序的讀取與寫入，W及數(shù)據(jù)的存儲；所述的無線信號收發(fā)裝置，用于無線 信號的收發(fā)w及移動載體的定位；所述的掛載彈射裝置，用于釋放掛載的傳感器節(jié)點w重 塑網(wǎng)絡；所述的避障裝置、攝像頭，用于躲避障礙和采集現(xiàn)場環(huán)境信息；所述的移動裝置， 作為傳感器節(jié)點的載體，受處理單元的控制，W達到系統(tǒng)所需的移動要求。
[0009] 所述確定無線傳感器網(wǎng)絡的擁痕區(qū)域的方法是；數(shù)據(jù)處理中屯、向外廣播特定數(shù)據(jù) 請求；簇頭節(jié)點接收到特定數(shù)據(jù)請求指令后，將鄰近簇的簇標識、通信狀態(tài)W及本簇內(nèi)節(jié)點 的通信狀態(tài)W數(shù)據(jù)包的形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中屯、；數(shù)據(jù)處理中屯、將收到的含有唯一簇標識 的數(shù)據(jù)包解壓后，根據(jù)所含的節(jié)點通信狀態(tài)繪制網(wǎng)絡連通圖，并與之前繪制的網(wǎng)絡連通圖 作比較，W此檢驗整個網(wǎng)絡的連通性，判斷是否出現(xiàn)網(wǎng)絡"空洞"或斷層；根據(jù)簇頭節(jié)點的鄰 居節(jié)點表選取一個最鄰近擁痕區(qū)域的簇頭節(jié)點作為移動載體在現(xiàn)存網(wǎng)絡中移動的最終目 標節(jié)點。
[0010] 所述移動載體在移動過程中依據(jù)現(xiàn)存網(wǎng)絡自主定位并修正前進方向的過程如 下：
[0011] 步驟1)數(shù)據(jù)處理中屯、請求最終目標節(jié)點的坐標信息，W數(shù)據(jù)處理中屯、為起點，最 終目標節(jié)點為終點構(gòu)造方向向量，并將最終目標節(jié)點的坐標信息和向量信息存儲到移動載 體中，移動載體從數(shù)據(jù)處理中屯、出發(fā)，W構(gòu)造的方向向量為基準方向前進；
[0012] 步驟2)移動載體在移動的過程中，每進入一個簇，就加入該簇，移動載體需要回 傳給數(shù)據(jù)中屯、的數(shù)據(jù)W及數(shù)據(jù)中屯、對移動載體的控制指令都通過與簇頭的通信實現(xiàn)數(shù)據(jù) 傳輸；移動載體在現(xiàn)存?zhèn)鞲衅骶W(wǎng)絡的移動過程中遭遇復雜地形或障礙無法繼續(xù)前進時，移 動載體停止前進并向數(shù)據(jù)處理中屯、發(fā)送緊急情況處理請求，接收到數(shù)據(jù)處理中屯、傳來的緊 急情況控制指令后施行自主避障或啟動攝像頭回傳環(huán)境數(shù)據(jù)等待人工操作進行避障；順利 避障后，移動載體重新定位繼續(xù)移動；
[0013] 步驟3)移動載體在移動過程中，當移動載體檢測到的當前目標節(jié)點發(fā)來的信號 的信號強度值大于設定的最高信號強度闊值時，即認為移動載體到達當前目標節(jié)點，移動 載體停止前進；
[0014] 步驟4)移動載體處于當前目標節(jié)點時，在一定時間，即若干個錯節(jié)點廣播周期內(nèi) 接收錯節(jié)點信號，之后不再接收新的錯節(jié)點信息，根據(jù)設定的最低信號強度闊值篩選接收 到的錯節(jié)點，并判斷符合要求的錯節(jié)點數(shù)量是否大于等于定位所需的最低錯節(jié)點數(shù)量，即 3個錯節(jié)點，若大于或等于3個，則結(jié)合RSSI測距技術(shù)和質(zhì)屯、算法直接對移動載體進行定 位；
[0015] 步驟5)當檢測到的符合要求的錯節(jié)點數(shù)量小于3個時，請求鄰近當前目標節(jié)點的 簇頭節(jié)點身份信息、坐標信息及其定位誤差；根據(jù)定位誤差對簇頭按從小到大排序，小于設 定的最大誤差闊值的加入偽錯節(jié)點隊列，大于設定的最大誤差闊值的舍棄；再根據(jù)設定的 最低信號強度闊值篩選偽錯節(jié)點，大于最低信號強度闊值的偽錯節(jié)點按定位誤差優(yōu)先級補 齊定位所需的錯節(jié)點數(shù)量，對移動載體進行定位；
[0016] 步驟6)移動載體的坐標確定后，首先判斷偽錯節(jié)點隊列中是否含有最終目標節(jié) 點，若存在，則直接將最終目標節(jié)點作為下一步目標節(jié)點，到達后準備進入擁痕區(qū)域；若不 存在最終目標節(jié)點，則求各個真/偽錯節(jié)點到步驟1中所述基準方向線的距離，選取除當前 目標節(jié)點外距離基準方向線最近的真/偽錯節(jié)點作為下一步的目標節(jié)點，且下一步目標節(jié) 點相比于當前目標節(jié)點更接近最終目標節(jié)點，W保證移動載體一直向最終目標節(jié)點方向移 動；
[0017] 步驟7)下一步目標節(jié)點確定后，移動載體根據(jù)上一步載體坐標、當前移動載體坐 標和下一步目標節(jié)點坐標及基準方向線來修正下一步的前進角度；移動載體按修正后的方 向前往下一步目標節(jié)點，重復步驟2~7,直至到達最終目標節(jié)點。
[0018] 所述無線傳感器網(wǎng)絡的重塑過程如下：
[0019] 步驟1)當移動載體到達最終目標節(jié)點后，移動載體將修正進入擁痕區(qū)域的前進 方向；移動載體請求除最終目標節(jié)點外最鄰近移動載體的兩個簇頭節(jié)點的身份及坐標信 息，并通過RSSI測距方法獲得移動載體到兩個簇頭的距離，移動載體坐標點分別與兩個簇 頭節(jié)點構(gòu)成兩條線段hi和h2 ;分別求兩條線段的中垂線L4和L5,兩條中垂線相交于一點； 兩條中垂線靠近最終目標節(jié)點的一側(cè)形成的區(qū)域就是擁痕節(jié)點所在的區(qū)域；中垂線交點至 移動載體坐標點形成的方向向量就是移動載體進入擁痕區(qū)域的前進方向，移動載體修正方 向角度后進入擁痕區(qū)域；
[0020] 步驟2)移動載體將最終目標節(jié)點作為網(wǎng)絡重塑起點，屏蔽除最終目標節(jié)點，即重 塑起點的信號外的現(xiàn)存網(wǎng)絡中其他傳感器的信號，按照修正的方向進入擁痕區(qū)域；
[0021] 步驟3)移動載體在該移動過程中不斷檢測來自重塑起點的信號強度，同時檢測 是否有其他新的信號來源；當移動載體檢測到的重塑起點的信號強度值小于或等于設定的 最低信號強度闊值時，移動載體控制彈射裝置釋放一個掛載的傳感器節(jié)點，激活釋放的傳 感器節(jié)點使其與重塑起點建立點對點的連接，并指定釋放節(jié)點的級數(shù)使其加入重塑起點的 鄰居節(jié)點列表，移動載體記錄該傳感器的身份信息后屏蔽重塑起點的信號，只接受此次釋 放的傳感器節(jié)點信號按原定方向繼續(xù)捜索；
[0022] 步驟4)當移動載體接收到的上一次釋放的傳感器節(jié)點的信號強度值小于或等于 設定的最低信號強度闊值時，再次釋放傳感器節(jié)點，激活并按序指定其級數(shù)，使其與上一次 釋放的傳感器節(jié)點建立點對點的連接并加入其鄰居節(jié)點列表；移動載體記錄該傳感器身份