本发明专利技术涉及网络拓扑构建领域，提供一种无线传感器网络拓扑构建方法，所述无线传感器网络拓扑构建方法包括：步骤100，构建初始无标度无线传感网络拓扑；步骤200，根据独立边中节点的每种连接方式的度差，对初始无标度无线传感网络拓扑进行优化，得到初步优化的无线传感网络拓扑；步骤300，根据独立边中节点的每种连接方式的环绕角度之和，对初步优化的无线传感网络拓扑进行优化，得到无线传感网络拓扑。本发明专利技术能够在不改变节点度数分布的情况下，使网络拓扑在面对随机攻击和恶意攻击都具有较高的鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及网络拓扑构建领域，尤其设及。
技术介绍
物联网技术（Internet of Things)是融合了多个学科的庞大的综合体，包括 WSNs、嵌入式系统、拓扑查询、智能控制、数据处理及任务调度等多个领域。WS化通常在分布 式区域内部署大量传感器节点、汇聚节点及通信节点，运些节点间相互通信形成多跳自组 织网络系统，用来监测和控制环境中的物理变量，例如溫度、声音、光线等，并能根据环境需 求自主完成指定任务。近年来，由于无线传感器网络应用环境越来越恶劣，应用规模也急剧 扩大。针对大规模WS化拓扑的建模，并设法增强其鲁棒性成为研究者研究的热点问题。 网络拓扑是指网络中所有节点W及节点之间通信链路的几何关系所形成的网络 结构，通常采用图的方式来表示。在表示物联网网络结构的图G= (V，E)中，V表示各种网络 节点的集合，E表示连接两个网络节点的无线链路。物联网的拓扑结构描述了网络中各种节 点之间的无线通信关系，是各种网络通信协议、路由协议的设计基础，对网络各种性能如网 络生命周期、能量消耗、可靠性、数据延迟都起着至关重要的作用。现实社会中大多数网络 拓扑是基于化tri网、随机图理论和复杂网络理论构建的。 复杂网络广泛存在于现实世界，如电网、全球运输网络，合作网络W及引文网络 等。作为一个跨学科的领域，复杂网络引起了全世界的关注。复杂网络理论中两个最经典的 模型是小世界网络和无标度网络。无标度网络主要针对同构网络单元，其网络中的节点度 数遵循幕律分布，相对于小世界模型，无标度模型针对随机攻击具有更高的鲁棒性，但对于 恶意攻击则表现出明显的脆弱性。因此，如何改进无标度网络拓扑，设计优化策略，提升 WS化针对恶意攻击的鲁棒性，是当前迫切需要解决的问题。 无标度网络针对节点随机故障具有更高的鲁棒性，而针对恶意攻击则表现出明显 的脆弱性，究其原因是hub节点的集中性造成的。hub节点的失效意味着大量边的移除，网络 链接的重大损失会迅速使整个网络稀疏化，继而支离破碎。除了无标度网络的构建方案之 夕h近些年针对无标度网鲁棒性的改进方案有爬山法、模拟退火算法和文化基因算法等，爬 山法只选取能够提升鲁棒性的连接方式，在优化过程中存在多峰问题，并不能是鲁棒性得 到最有效的提升;模拟退火算法概率性地接受鲁棒性减弱的换边操作，能够一定程度上解 决多峰问题，但它需要做多轮优化操作，每轮收紧一次换边系数，算法需要运行较长时间， 时效性较差，优化效果也有待进一步提升;文化基因算法的全局捜索策略是在不同染色体 上进行的，它并没有考虑WS化中节点的通信半径限制，因此不适合于局域世界无标度网络 的优化策略，且由于其算法的复杂性，导致时效性进一步降低。另外，通过增加链路来提高 网络对抗恶意攻击鲁棒性的方法，额外的链接会破坏网络原有的无标度特性，且会带来额 外的能量消耗。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术的无线传感器网络针对恶意攻击的鲁棒性较差的技术 问题，提出，基于复杂网络理论，结合无标度网络的相关 技术特点，使网络拓扑在面对随机攻击和恶意攻击都具有较高的鲁棒性。本专利技术在不改变 节点度数分布的情况下，提出了一种更为高效的优化无标度网络拓扑针对恶意攻击的鲁棒 性提升策略。 本专利技术提供了，包括W下过程： 步骤100,构建初始无标度无线传感网络拓扑； 步骤200,根据独立边中节点的每种连接方式的度差，对初始无标度无线传感网络 拓扑进行优化，得到初步优化的无线传感网络拓扑，包括W下子步骤： 步骤201，在初始无标度无线传感网络拓扑中，对于任意一组独立边，获得独立边 的=种不同连接方式的度差； 步骤202，选取度差最小的连接方式，如果该方式没有破坏网络拓扑的连通性，而 且不会使网络拓扑的R值减小，则接受该节点连接方式，其中，R的定义如下：(2) 在公式(2)中，N表示网络拓扑中的节点总数，S(q)表示依次除去度数最大的qN个 节点后，网络中最大联通子图占全部节点的比例； 步骤203，按照步骤201至202的方法，从距离拓扑中屯、最近的节点到距离拓扑中屯、 最远的节点依次对节点连接方式进行优化，得到初步优化的无线传感网络拓扑。 进一步的，在步骤100中，构建初始无标度无线传感网络拓扑，包括W下子步骤： 步骤101，在预构建网络拓扑的区域内进行节点的布署，将全部节点随机布署在该 区域内； 步骤102,根据节点的通信距离W及最大度数限制，获得邻居节点间的度数，并利 用邻居节点间的度数得到节点与其邻居节点的连接概率； 步骤103,利用节点与其邻居节点的连接概率，按照轮赌法进行节点连接； 步骤104,按照步骤102至步骤103的方法，在无线传感网络从距离拓扑中屯、最近的 节点到距离拓扑中屯、最远的节点依次建立节点连接，得到初始无标度拓扑无线传感网络。 进一步的，任意一组独立边eij和ekl=种不同连接方式的度差，公式如下： DSUBi= |di-dj| + |dk-di (3)[002。 DSUB2= |di-di| + |d广dk| (4) DSUB3= |di-dk| + |d广dll 巧） 其中，DSUB康示独立边en^eki第一种连接方式的度差，DSUB2表示独立边en^eki 第二种连接方式的度差，DSUB3表示独立边6。和61^第=种连接方式的度差，di表示节点i的 度数，dj表示节点j的度数，dk表示节点k的度数，di表示节点1的度数。进一步的，在步骤200之后，还包括： 步骤300,根据独立边中节点的每种连接方式的环绕角度之和，对初步优化的无线 传感网络拓扑进行优化，得到无线传感网络拓扑，包括W下子步骤： 步骤301，在初步优化的无线传感网络拓扑中，对于任意一组独立边，获得独立边 的=种不同连接方式的环绕角度之和； 步骤302,选取环绕角度之和最大的连接方式，如果该方式没有破坏网络拓扑的连 通性，而且不会使网络拓扑的R值减小，则接受该节点连接方式； 步骤303，按照步骤301至302的方法，从距离拓扑中屯、最近的节点到距离拓扑中屯、 最远的节点依次对节点连接方式进行优化，得到无线传感网络拓扑。 进一步的，任意一对独立边eu和eki =种不同连接方式的环绕角度之和，公式如 下：狱 仍 ASUM = a+0 (8) 其中，a、e分别表示每对独立边形成的环绕角，db、dc表示环绕角a的两条邻边的长 度，da表示环绕角a的对边的长度，d\、d/。表示环绕角0的两条邻边的长度，(T a表示环绕角0 的对边的长度，ASUM表示该连接方式的环绕角度之和。 本专利技术提供的，包括无线传感网络中无标度拓 扑构建和拓扑针对恶意攻击的鲁棒性优化两个部分，在同构网络中构建了一个具有无标度 特性的网络拓扑模型。本专利技术设计的无标度拓扑构建方案将优先连接原则限制在节点通信 范围内，并且限制节点的最大度数，防止能量消耗过快。该方案符合无线传感网络中的相关 条件限制，且能够保持良好的无标度特性。 在此基础上，我们提出了一种新的提高无标度网络针对恶意攻击鲁棒性的策略， 针对恶意攻击的鲁棒性优化策略分为两个部分："度差优化"和"角度和优化"。他们都基于 相同的选边策略(独立边）。他们的目的都是将网络拓扑结构转换为稳定的"洋葱头"结构。 使用独立选边方式，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无线传感器网络拓扑构建方法，其特征在于，包括以下过程：步骤100，构建初始无标度无线传感网络拓扑；步骤200，根据独立边中节点的每种连接方式的度差，对初始无标度无线传感网络拓扑进行优化，得到初步优化的无线传感网络拓扑，包括以下子步骤：步骤201，在初始无标度无线传感网络拓扑中，对于任意一组独立边，获得独立边的三种不同连接方式的度差；步骤202，选取度差最小的连接方式，如果该方式没有破坏网络拓扑的连通性，而且不会使网络拓扑的R值减小，则接受该节点连接方式，其中，R的定义如下：R=1N+1Σq=01S(q)---(2)]]>在公式(2)中，N表示网络拓扑中的节点总数，S(q)表示依次除去度数最大的qN个节点后，网络中最大联通子图占全部节点的比例；步骤203，按照步骤201至202的方法，从距离拓扑中心最近的节点到距离拓扑中心最远的节点依次对节点连接方式进行优化，得到初步优化的无线传感网络拓扑。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏锋，邱铁，赵傲阳，郑凯宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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