本发明专利技术公开了一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，建立无线传感器网络中各个节点的集合D，集合D包括集合D<supgt;*</supgt;、集合D<supgt;+</supgt;、集合D<supgt;‑</supgt;，从集合D<supgt;*</supgt;中随机选择一个子图G(D)的节点，从集合D<supgt;*</supgt;中删除该节点，重新更新集合D<supgt;*</supgt;、集合D<supgt;+</supgt;、集合D<supgt;‑</supgt;，并统计集合D<supgt;‑</supgt;中节点个数的大小|D<supgt;‑</supgt;|，设定一总循环迭代次数上限，在总循环迭代次数上限内对当前集合D进行非禁忌操作和禁忌操作，记录双连通支配集。本发明专利技术在无向图中寻找一个双连通支配集作为无线传感器网络中具有容错的骨干网，计算时间少，目标值更小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通讯领域。具体涉及一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法。适用于大规模部署的无线传感器网络。
技术介绍
1、作为物联网获取信息的核心，无线传感器网络已越来越多被用于实践中，例如环境监测、灾害预警、健康监测等。无线传感器网络由大量的传感器节点组成，采用无线通信方式形成一个自组织网络系统，能够通过集成化的传感器，协同地实行监测、采集与感知和处理网络覆盖区域各感知对象的信息，处理信息后发送给网络拥有者。但在无线传感器网络中，所有节点的地位都是平等的，没有指定的中心，会容易暴露多点间通信堵塞，造成设备消耗大量能源的问题。同时传感器节点存在能量、存储和计算等资源约束，节点的失效、链路的断裂也会导致网络失败。为了解决这类问题，将无线传感器网络抽象为传统网络，再使用传统网络的通信管理方式对数据传输进行管理，需构造容错的骨干网，服务其他节点、转发网络中信息，使整个网络管理更加可靠高效。具体方法如下：根据各节点位置，指定各节点仅与相邻的某些节点进行通信；同时在网络中指定一些节点为关键节点，节点构成的网为能有容错的虚拟骨干网(每一对节点之间存在至少2条节点不相交的路径)；若需要通信的两节点不相邻，则将数据传送给骨干网，可以通过关键节点将数据转发至目的节点。
2、例如图1所示无线传感器网络，其中每个节点与自己相邻的节点相连，假如将c、d、e节点构成的网络为骨干网，任意节点需要与网络中其它节点进行通信，都可以通过这个骨干网中的节点进行转发。若出现骨干网中有一个点或边失效，骨干网中其他节点仍能保持连通，进行通信。
3、此处理方式中的难点在于如何确定虚拟骨干网。若选择的骨干网中的节点数量过少，可能出现某些节点没有与服务节点相邻，无法与远距离的其他节点通信；若选择的骨干网节点数量过多，网络可能仍然有能耗过大或信道不足的问题；若选择的骨干网不具有容错性，当骨干网络中有一个节点失效或边断裂，则会导致整个网络失效。为了解决易损坏的骨干网，获取得到合适的骨干网，通常使用图论算法求解抽象网络中的支配集或支配集变种结构作为骨干网。图结构的支配集及其绝大部分变种结构的求解均为np难问题，目前仍然没有完美的求解算法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法。可以解决如何从扁平对等结构的无线网络中确定关键节点，利用关键节点构成可靠的虚拟骨干网，服务其他节点，从而提高网络中数据传输效率，并减少节点能耗。由本方法构造的骨干网可保证当任意骨干网节点失效时，剩余骨干网仍然处于连通状态。
2、本专利技术的上述目的通过以下技术手段实现：
3、一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，包括以下步骤：
4、步骤1、建立无线传感器网络中各个节点的集合d，集合d包括集合d*、集合d+、集合d-，其中：
5、集合d*为集合d的子集，由集合d*构成的无向图g的子图g(d)为连通图，
6、集合d+为集合d中与集合d中某个节点相邻但不属于集合d*的节点的集合，
7、集合d-为集合d中不与集合d*中任何节点相邻的节点的集合，初始状态下，将集合d初始设置为集合d*，初始设置集合d+和集合d-为空集，
8、步骤2、设定一个总循环迭代次数上限，
9、步骤3，从集合d*中随机选择一个子图g(d)的节点，从集合d*中删除该节点，重新更新集合d*、集合d+、集合d-，并统计集合d-中节点个数的大小|d-|，进入步骤4，
10、步骤4、对当前集合d进行非禁忌操作和禁忌操作，更新最优非禁忌操作的增量值和最优禁忌操作的增量值，根据最优非禁忌操作的增量值和最优禁忌操作的增量值确定最优邻域动作，集合d执行最优的邻域动作后，获得更新后的集合d*，并根据集合d*重新计算集合d+与d-，总循环迭代次数增加1，
11、步骤5，若集合d-为空集，且d*为双连通图，则记录集合d*为无向图g的一个双连通支配集，并回到步骤3；若集合d-为空集，且d*为连通图，不用记录集合d*为无向图g的一个双连通支配集，返回步骤3；若总循环迭代次数大于总循环迭代次数上限，算法结束，最后一次记录的集合d*即为双连通支配集并为算法输出，双连通支配集中的节点为关键节点，关键节点构成可靠的虚拟骨干网。
12、如上所述步骤4包括以下步骤：
13、步骤4.1，记当前集合d*为历史最优集合xbest，记当前的|d-|作为历史最优解fbest，记总循环迭代次数的初始值为0，初始化禁忌表为一个二维数组，二维数组的行列的大小都为集合d的节点个数大小，二维数组的值表示邻域动作的禁忌状态，初始数组值全部为0，禁忌长度为tt；
14、步骤4.2，若集合d-为空集或总循环迭代次数大于总循环迭代次数上限，进入步骤5；否则进入步骤4.3，
15、步骤4.3，总循环迭代次数增加1，
16、步骤4.4，对当前集合d，任意选取一次邻域动作<a，b>并执行；
17、步骤4.5，对步骤4.4的邻域动作<a，b>进行快速增量评估，得到增量值δf；
18、步骤4.6，记最优非禁忌操作的增量值为δfbest，若δf＜δfbest，则更新最优非禁忌操作的增量值δfbest为增量值δf，并记录对应的邻域动作<a，b>；
19、步骤4.7，在tt次禁忌迭代中，对步骤4.4中的邻域动作<a，b>以及当前集合d的任意选取的其他tt-1个邻域动作<a，b>依次进行禁忌操作；
20、步骤4.8，记最优禁忌操作的增量值为δftbest，每一次禁忌操作中对邻域操作<a，b>进行快速增量评估得到增量值δft，若δft<δftbest，则更新最优禁忌操作增量值δftbest为δft，并记录对应的邻域动作<a，b>；
21、步骤4.9，在tt次禁忌迭代结束后，重新更新禁忌表中的值为0，若δftbest＜δfbest，且δftbest+δft＜fbest，则将最优禁忌操作的增量值δftbest对应的邻域动作<a，b>作为最优邻域动作；否则将最优非禁忌操作的增量值δfbest对应的邻域动作<a，b>作为最优邻域动作，
22、步骤4.10，对当前集合d执行最优的邻域动作<a，b>后，获得更新后的集合d*，并根据集合d*重新计算集合d+与d-，记当前集合d*为历史最优集合xbest，记当前的|d-|作为历史最优解fbest，
23、步骤4.11，回到步骤4.2。
24、如上所述步骤4.5和步骤4.8中快速增量评估邻域动作<a，b>包括以下步骤：
25、采用一个线性表的数据结构维护子图g(d)中每一个节点的被支配度，设l[i]为节点i的被支配度，表示节点i与集合d*中节点互相连接的数目，...
【技术保护点】
1.一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，所述步骤4.5和步骤4.8中快速增量评估邻域动作＜a，b＞包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，所述邻域动作＜a，b＞定义为：a为属于集合D*的节点，b为集合D+中的一个节点，从集合D*中移除掉节点a放入集合D+中，同时从集合D+中移除掉节点b放入集合D*中。
5.根据权利要求4所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，所述步骤4.7中禁忌操作步骤如下：采取对移入的节点b进行禁忌操作，禁止节点b被移除出集合D+，在禁忌表中，进行禁忌操作的邻域动作＜a，b＞对应的数组值更新为1。
【技术特征摘要】
1.一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，所述步骤4包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法，其特征在于，所述步骤4.5和步骤4.8中快速增量评估邻域动作＜a，b＞包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述一种在无线传感器网络中构造容错骨干网的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴歆韵，桂文杰，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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