360° ]，所述絕對角的定義為：在以節(jié)點￥:為圓心建立的笛卡爾坐標系中，節(jié)點v:和鄰居 節(jié)點的連線沿逆時針方向與x軸的正向夾角為Vi的鄰居節(jié)點在以節(jié)點v 圓心的坐標系 內(nèi)的絕對角；
[0034] 參照圖1，節(jié)點v為圓心，節(jié)點u和節(jié)點n是節(jié)點v的1跳鄰居節(jié)點，節(jié)點m是節(jié) 點v的2跳鄰居節(jié)點，Zu和Zm分別是節(jié)點u和節(jié)點m與x軸的夾角，即絕對角，中心角 Zy_所對應(yīng)的扇區(qū)mvn為當前節(jié)點v與其相鄰節(jié)點m和n所構(gòu)成，良與所夾圓弧為 扇區(qū)mvn的邊緣，虛線所圍區(qū)域為節(jié)點v的傳感區(qū)域，虛線為v的傳感邊界；
[0035] (3)如果出現(xiàn)2個以上鄰居節(jié)點的絕對角相同，則僅保留距離節(jié)點Vl最近的鄰居 節(jié)點；參照圖2,節(jié)點v2和節(jié)點v18的絕對角相同，則保留v2，剔除vls;
[0036] (4)將鄰居節(jié)點按照其絕對角從小到大排序；參照圖2,排序后的節(jié)點順序為 {vl2,vl3,v5,vl4,v6,vl5,v7,vl6,vl7,v2,v8,v9,vlO,vl3,vll,v4}；
[0037] (5)依次判斷節(jié)點Vi的每一個傳感扇區(qū)的邊緣是否被該傳感扇區(qū)的相鄰節(jié)點完全 覆蓋，其中，在以當前節(jié)點^為圓心、以節(jié)點^的傳感覆蓋半徑SR為半徑的圓中，由節(jié)點^ 和鄰居節(jié)點V]的連線所在的半徑、節(jié)點vi和鄰居節(jié)點vk的連線所在的半徑、以及它們所夾 的圓弧所圍成的區(qū)域為傳感扇區(qū)VjViVk，該圓弧為該傳感扇區(qū)的邊緣，節(jié)點Vj和節(jié)點vk為傳 感扇區(qū)VjVA的相鄰節(jié)點，若該邊緣同時被鄰居節(jié)點V_j和Vk的傳感區(qū)域完全覆蓋，則傳感 扇區(qū)V]VlVk不會處于網(wǎng)絡(luò)或覆蓋空洞邊緣，因此傳感扇區(qū)V_]VlVk的邊緣被其相鄰節(jié)點完全 覆蓋，參照圖2,扇區(qū)Vl2vlVlj^邊緣能被節(jié)點v12和節(jié)點v13完全覆蓋；若存在節(jié)點vi的一 個傳感扇區(qū)的邊緣不能被其相鄰節(jié)點完全覆蓋，則節(jié)點Vl是邊界節(jié)點，否則節(jié)點vi的每一 個傳感扇區(qū)的邊緣均被其相鄰節(jié)點完全覆蓋，節(jié)點^不是邊界節(jié)點。
[0038] 參照圖3,在500*500M2的區(qū)域內(nèi)部署2000個傳感器節(jié)點，利用本發(fā)明所述的分布 式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別方法對其進行邊界節(jié)點識別，結(jié)果如圖4所示，其中空心 點表示識別到的邊界節(jié)點?？梢钥吹奖景l(fā)明精確檢測到了該傳感器網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點，并且 幾乎沒有噪點的出現(xiàn)。
[0039] 圖5顯示了本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為100,1000和2000時的正確率對比，可以看到在 不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模（此時網(wǎng)絡(luò)密度分別為0. 0004,0. 004,0. 008)下，邊界節(jié)點的正確檢測率 都保持在90%以上，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，正確率甚至達到100%。
[0040] 圖6顯示了本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為100,1000和2000時的錯誤率對比，可以看到在 不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模下，邊界節(jié)點的錯誤檢測率都保持在10%以下，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，錯誤 率甚至達到0。
[0041] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能是執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)，因而邊界節(jié)點檢測不應(yīng)耗費節(jié)點 太多的能量，從而保證節(jié)點有足夠的能量執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)，圖7顯示了在節(jié)點規(guī)模為200到 2000(間隔為200)狀況下的邊界節(jié)點識別完成后節(jié)點能量剩余情況，圖中可以清楚的看 至IJ，本發(fā)明的實際節(jié)點剩余情況完全符合實際任務(wù)的需要，不需要耗費太多的節(jié)點能量即 可實現(xiàn)邊界節(jié)點的識別任務(wù)。
[0042]圖8是本發(fā)明的運行時間分析，可以看到在節(jié)點規(guī)模增大的過程中，運行時間雖 然也在呈指數(shù)增大，但其增加幅度并不大。
[0043] 下表顯示了本發(fā)明各個子過程的算法復(fù)雜度：
[0044]
[0045] 表1本發(fā)明的子過程的算法復(fù)雜度
[0046] 表1中，n表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的數(shù)量，m表示網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點與節(jié)點之間可以直接通信的 通信連接（即節(jié)點與節(jié)點之間的邊）數(shù)量，k表示網(wǎng)絡(luò)的平均節(jié)點度。
【主權(quán)項】
1. 一種分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 設(shè)分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點的通信模型為以該節(jié)點所在位置為圓心、以 通信覆蓋半徑CR為半徑的圓盤，并且節(jié)點存儲有其通信范圍內(nèi)的1跳鄰居節(jié)點的鄰居信 息；各節(jié)點通過向其1跳鄰居節(jié)點發(fā)送請求并交換1跳鄰居信息，以收集s跳以內(nèi)鄰居節(jié)點 的鄰居信息，所述s為2~3 ;依次對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點執(zhí)行步驟（2)至步驟 (5)以判斷該節(jié)點是否是邊界節(jié)點； (2) 以當前節(jié)點V1為圓心、以節(jié)點V4勺傳感覆蓋半徑SR為半徑建立笛卡爾坐標系，計 算節(jié)點&的8跳以內(nèi)的鄰居節(jié)點在該坐標系內(nèi)的絕對角，絕對角的范圍為[0°，360° ]， 所述絕對角的定義為：在以節(jié)點V1S圓心建立的笛卡爾坐標系中，節(jié)點V:和鄰居節(jié)點的連 線沿逆時針方向與X軸的正向夾角為V1的鄰居節(jié)點在以節(jié)點Vi為圓心的坐標系內(nèi)的絕對 角； (3) 如果出現(xiàn)2個以上鄰居節(jié)點的絕對角相同，則僅保留距離節(jié)點V1最近的鄰居節(jié)點； (4) 將鄰居節(jié)點按照其絕對角從小到大排序； (5) 依次判斷節(jié)點V1的每一個傳感扇區(qū)的邊緣是否被該傳感扇區(qū)的相鄰節(jié)點的傳感區(qū) 域完全覆蓋，其中，在以當前節(jié)點V1為圓心、以節(jié)點^的傳感覆蓋半徑SR為半徑的圓中，由 節(jié)點V1和鄰居節(jié)點V_j的連線所在的半徑、節(jié)點Vi和鄰居節(jié)點Vk的連線所在的半徑、以及它 們所夾的圓弧所圍成的區(qū)域為傳感扇區(qū)VjV1Vk,該圓弧為該傳感扇區(qū)VjV1Vk的邊緣，節(jié)點V_j 和節(jié)點Vk為傳感扇區(qū)LV1Vk的相鄰節(jié)點，若該邊緣同時被鄰居節(jié)點v_j和Vk的傳感區(qū)域完全 覆蓋，則傳感扇區(qū)VjV1Vk的邊緣被其相鄰節(jié)點完全覆蓋；若存在一個傳感扇區(qū)的邊緣不能 被其相鄰節(jié)點完全覆蓋，則節(jié)點V1是邊界節(jié)點，否則節(jié)點V:不是邊界節(jié)點。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別方法，其特征在于：步 驟（1)中，各節(jié)點通過以下公式計算其S跳以內(nèi)鄰居節(jié)點的鄰居信息：其中，Vi表示當前節(jié)點，Vu表示Vi的k-1跳鄰居，< 表示￥;的k跳鄰居節(jié)點集，< 1 表示Vi的k-1跳鄰居節(jié)點集，<.表示Vu的1跳鄰居節(jié)點集，k= 2, . . .，s。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別方法，其特征在于：步 驟（1)中，收集2跳以內(nèi)鄰居節(jié)點的鄰居信息。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別方法，方法利用DSCS技術(shù)識別傳感器網(wǎng)絡(luò)中的邊界節(jié)點，方法可應(yīng)用于功能、傳感和通信范圍相同的勻質(zhì)或不同的非均勻無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該方法過程如下：(1)節(jié)點自主收集網(wǎng)絡(luò)中鄰居信息；(2)每一節(jié)點以自己為圓心建立笛卡爾坐標系并計算其鄰居節(jié)點的絕對角；(3)以絕對角升序排列鄰居節(jié)點；(4)利用DSCS識別邊界節(jié)點。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別精度低的技術(shù)難題，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點識別問題分解為一個節(jié)點的傳感扇區(qū)邊緣覆蓋問題，有效降低了算法復(fù)雜度，減少了運行時間和邊界節(jié)點識別過程中節(jié)點間的通信與能量消耗，提高了識別精度。
【IPC分類】H04W84/18, H04W16/18, H04W24/00
【公開號】CN105050099
【申請?zhí)枴緾N201510424643
【發(fā)明人】劉文怡, 趙利輝, 王紅亮, 雷海衛(wèi), 蘇淑靖, 熊繼軍, 沈三明, 董和磊, 張斌
【申請人】中北大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月17日