本发明专利技术涉及一种基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法，按照无标度网络方式生成多个初始拓扑并得到对应各初始拓扑的优化后拓扑，由各初始拓扑与对应优化后拓扑成拓扑对，对所有拓扑对形成的集合去重处理形成拓扑对备用数据集，以节点度数降序方式对各拓扑对中节点编号得到具有节点编号的编号后拓扑，对各编号后拓扑节点做矩阵值赋值得到赋矩阵值的编号后拓扑，利用蛇形展开方式得到各赋矩阵值的编号后拓扑的染色体，利用算术编码将各对齐后压缩拓扑向量浮点数表示解压缩回染色体，将各解压缩回染色体分别填充进各自对应拓扑的邻接矩阵得到填充后邻接矩阵，由各填充后邻接矩阵作为一个鲁棒拓扑，实现对物联网拓扑的特征提取，生成高抵抗力的网络拓扑。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及物联网领域，尤其涉及一种基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法。
技术介绍
1、物联网是一种综合了机械控制、无线感知、数据采集与共享等技术的综合系统。随着5g技术的迅速发展，物联网应用得到了广泛的应用。对于某些特定的物联网应用场景，已经提出了超密集组网技术，用于提升网络流量的峰值性能。虽然超密集组网技术通过集中布置传感器可以提高网络的功率和频谱利用率，但与此同时也会增加传感器节点的能耗。此外，由于不同汇聚节点之间的通信负荷不均衡，会导致各区域能耗不同，从而使得部分节点可能会因能量耗尽而导致网络服务质量下降。此外，网络攻击或物理破坏也可能增加物联网络中的节点故障概率，从而降低网络的连接性能。因此，合理的网络拓扑对于提高网络效率至关重要。
2、网络拓扑是指网络中各个节点之间的连接和通信关系。合理的网络拓扑结构对整个网络的稳定运行起着至关重要的作用，也是影响物联网感知层自组网的安全性和可靠性的关键因素。
3、然而，现有的传统网络拓扑结构在大规模物联网中的应用存在一些问题：无法很好地解决网络系统的稳定性、能耗和时延等问题。此外，在密集物联网中，因为数据路由中的多跳转发机制，使得汇聚节点的数据量和能耗都要高于其他节点，导致这些汇聚节点容易出现性能下降的问题。当然，由于这些汇聚节点承担了重要任务，容易成为恶意攻击的目标，导致无法正常工作，进而降低整体拓扑的通信性能。
4、因此，如何优化物联网中的拓扑结构，使其具有更好的鲁棒性，确保网络通信的可靠性，成为物联网领域当前亟需要解决的技术问题。
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br/>技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种具有更好鲁棒性的基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法。
2、本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
3、步骤1，按照无标度网络的方式生成目标物联网的多个初始拓扑且对各初始拓扑分别做优化处理，得到多个优化后拓扑；其中，初始拓扑与优化后拓扑一一对应；
4、步骤2，由每个初始拓扑与各自对应的优化后拓扑成拓扑对，且由所有拓扑对形成拓扑对集合；
5、步骤3，将位于拓扑对集合内且重复的拓扑对删除，且由剩余后的所有拓扑对形成拓扑对备用数据集；
6、步骤4，分别计算拓扑对备用数据集中每一个拓扑对中各节点的节点度数，并按照节点度数从大到小的顺序对各拓扑对中所有节点依次做编号处理，对应得到具有节点编号的编号后拓扑；
7、步骤5，利用邻接矩阵存储各编号后拓扑，并按照编号后拓扑内两个节点之间的相互关系对各编号后拓扑的节点做矩阵值赋值处理，得到赋矩阵值的编号后拓扑；其中，在各编号后拓扑内，两个节点之间存在连接关系时，该两个节点在邻接矩阵中的矩阵值均为1；两个节点之间不存在连接关系且相互在通信范围外，该两个节点在邻接矩阵中的矩阵值均为-1，两个节点之间不存在连接关系且相互在通信范围内，该两个节点在邻接矩阵中的矩阵值均为0；
8、步骤6，利用蛇形展开方式获得各赋矩阵值的编号后拓扑的向量表示，且将各向量表示作为对应每一个赋矩阵值的编号后拓扑的染色体；其中，染色体与赋矩阵值的编号后拓扑的向量表示一一对应；
9、步骤7，利用算术编码分别统计各染色体中矩阵值“0”和矩阵值“1”的矩阵值比例，且根据该矩阵值比例将其对应染色体的拓扑向量做压缩处理，得到压缩处理后拓扑向量的浮点数表示；
10、步骤8，对所得各压缩处理后拓扑向量的浮点数表示做补零的对齐操作，使得全部压缩处理后拓扑向量具有相同长度，且将具有相同长度的压缩处理后拓扑向量作为对齐后压缩拓扑向量；
11、步骤9，分别统计各对齐后压缩拓扑向量中各位置上矩阵值“0”和矩阵值“1”出现的频率，且将统计后的频率作为对齐后压缩拓扑向量中各位置上矩阵值“0”和矩阵值“1”的出现概率；
12、步骤10，根据所得各出现概率生成对应对齐后压缩拓扑向量的浮点数表示，且利用算术编码分别将各对齐后压缩拓扑向量的浮点数表示解压缩回染色体；
13、步骤11，按照物联网拓扑的通信范围要求，将各解压缩回染色体分别填充进各自对应拓扑的邻接矩阵，分别得到填充后邻接矩阵；其中，填充后邻接矩阵即为鲁棒拓扑。
14、改进地，在所述基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法中，在步骤11之后还包括：利用预设指标对所得鲁棒拓扑做鲁棒性高低的评价处理；其中，预设指标记为r：
15、
16、其中，n是待评价鲁棒拓扑中的节点总数量，mcs(n)表示恶意攻击当前鲁棒拓扑中具有最高节点度数的节点n次后，该当前鲁棒拓扑的最大连通子图所包含节点总数量。
17、与现有技术相比，本专利技术的优点在于：该专利技术的基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法按照无标度网络方式生成目标物联网的多个初始拓扑且对各初始拓扑做优化处理后得到多个优化后拓扑，对由各初始拓扑与对应的优化后拓扑形成的拓扑对集合做重复拓扑对去重处理以形成拓扑对备用数据集，再以节点度数降序方式对各拓扑对中节点编号得到具有节点编号的编号后拓扑，通过对各编号后拓扑节点做矩阵值赋值得到赋矩阵值的编号后拓扑，再利用蛇形展开方式得到对应各赋矩阵值的编号后拓扑的染色体，以及进一步得到压缩处理后拓扑向量的浮点数表示进行对齐处理，经多次处理后利用具有高效无损压缩优点的算术编码分别将各对齐后压缩拓扑向量的浮点数表示解压缩回染色体，按照物联网拓扑通信范围要求将各解压缩回染色体分别填充进各自对应拓扑的邻接矩阵，分别得到填充后邻接矩阵，由每一个填充后邻接矩阵作为一个鲁棒拓扑，从而实现利用算术编码对目标物联网拓扑的特征提取，生成对攻击具有高抵抗力的网络拓扑。
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【技术保护点】
1.基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法，其特征在于，在步骤11之后还包括：利用预设指标对所得鲁棒拓扑做鲁棒性高低的评价处理；其中，预设指标记为R：
【技术特征摘要】
1.基于算术编码的鲁棒性拓扑生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于算术编码的鲁棒性...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱铁，孙景晨，陈宁，张松伟，周晓波，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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