[发明专利]一种基于复杂网络理论的网络拓扑结构建立方法

摘要

本发明公开了一种基于复杂网络理论的网络拓扑结构建立方法，包括：1、寻找sink节点在自身通信半径内的所有普通节点并计算其选择概率；2、从普通节点的选择概率中选择概率值最大的若干个普通节点与sink节点相连接，形成初始拓扑结构；3、选择预加入节点，寻找预加入节点的通信半径内，且同时存在于初始拓扑结构中的所有普通节点，计算其选择概率；4、从普通节点的选择概率中选择概率值最大的普通节点与预加入节点相连接，形成更新后的拓扑结构；5、以更新后的拓扑结构作为初始拓扑结构，并返回步骤3执行，直到全部普通节点均加入到无线传感器网络的拓扑结构中为止。本发明能建立一种能量有效的网络拓扑结构，从而延长提高节点的能量利用率和网络的生命周期。

主权项

1.一种基于复杂网络理论的网络拓扑结构建立方法，其特征是应用于由一个sink节点和N个随机分布的普通节点构成的无线传感器网络中，以所述无线传感器网络的外接矩形的任意一个顶点作为原点O，与所述原点O相邻的两条边分别作为X轴和Y轴，建立坐标系XOY；所述网络拓扑结构建立方法是按如下步骤进行：步骤1、根据所述sink节点在所述坐标系XOY中的坐标位置，寻找所述sink节点在自身通信半径内的所有n个普通节点，并利用式(1)计算在sink节点通信半径内的任意第i个普通节点的选择概率∏_i‑sink，从而获得n个普通节点的选择概率{∏_1‑sink,∏_2‑sink,…，∏_i‑sink,…，∏_n‑sink}：式(1)中，E_j表示所述sink节点在自身通信半径内的任意第j个普通节点的剩余能量；E_i表示所述sink节点在自身通信半径内的任意第i个普通节点的剩余能量；D_j表示任意第j个普通节点与所述sink节点的坐标位置的距离；D_i表示任意第i个普通节点与所述sink节点的坐标位置的距离；a和b分别表示剩余能量和距离的权重，并有a+b＝1；1≤i≤n＜N，1≤j≤n＜N；步骤2、从所述n个普通节点的选择概率{∏_1‑sink,∏_2‑sink,…，∏_i‑sink,…，∏_n‑sink}中选择概率值最大的前m个选择概率所对应的普通节点与所述sink节点进行连接，从而形成初始拓扑结构；步骤3、在所述初始拓扑结构中随机选择第l个普通节点，在所述第l个普通节点的通信半径内选择任意第k个普通节点作为预加入节点，寻找所述预加入节点的通信半径内，且同时存在于所述初始拓扑结构中的所有s个普通节点，并利用式(2)获得预加入节点的通信半径内第c个普通节点的选择概率∏_k‑c，从而获得s个普通节点的选择概率{Π_k‑1,∏_k‑2，…，∏_k‑c，…，∏_k‑s}：式(2)中，E_f表示所述预加入节点的通信半径内，且同时存在于所述初始拓扑结构中的任意第f个普通节点的剩余能量；E_c表示所述s个节点在自身通信半径内，且同时存在于所述初始拓扑结构中的任意第c个普通节点的剩余能量；D_f表示任意第f个普通节点与所述预加入节点的坐标位置的距离；D_c表示任意第c个普通节点与所述预加入节点的坐标位置的距离；d_f表示任意第f个普通节点的度；d_c表示任意第c个普通节点的度；a′、b′和c′分别表示剩余能量、距离和度的权重，并有a′+b′+c′＝1；1≤k≤N‑m，1≤s≤m，1≤l≤m，1≤c≤s，1≤f≤s；步骤4、从所述s个普通节点的选择概率{П_k‑1,П_k‑2，…，П_k‑c，…，П_k‑s}中选择最大概率值所对应的普通节点与所述预加入节点相连接，从而形成更新后的拓扑结构；步骤5、以所述更新后的拓扑结构作为初始拓扑结构，且m的值增加1后，返回步骤3执行，直到所述N个普通节点均加入到无线传感器网络的拓扑结构中为止。