一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法及装置的制作方法

文档序号:7889094
专利名称:一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法及装置的制作方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域,特别涉及一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法。
背景技术


图1所示,无线传感网络(WSNs, Wireless Sensor Networks)由大量分布式的微小传感器节点构成。每个节点的发射功率和覆盖范围有限,只能够与其覆盖范围之内的邻居节点进行通信。在无线传感网络中,由于节点的随机移动、节点的随时开机和关机、发送功率的变化、无线信道间的相互干扰以及地形等综合因素的影响,节点间通过无线信道形成的网络拓扑结构随时可能发生变化,而且变化的方式和速度都是不可预测的。拓扑演变问题突出体现了无线传感网络具有自组织特征:各个传感器节点根据其邻居节点的状态来控制自身状态的转换,在尽量减少系统能量消耗的前提下,保证整个网络拓扑的连通性和覆盖性。元胞自动机(CA,Cellular Automata)是一种时间和空间都离散的动力系统。散布在规则格网(Lattice Grid)中的每一元胞(Cell)取有限的离散状态(比如0、1两种状态),遵循同样的作用规则,依据确定的局部规则作同步更新。大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。由于无线传感网络是一种典型的自组织通信网络,大量分布式的微小节点(传感器)只能够与周围临近的节点进行通信,并依靠局部信息做出行为决策,而元胞自动机能够以简单的规则揭示复杂的全局特性,因而能够用于研究具有自组织特性的无线传感网络时空演化规律,并且结构简单、易于计算机实现,因此,元胞自动机在研究无线传感网络时空演化规律方面展现出令人瞩目的研究前景。图1示出了元胞自动机模型的一个示意图,其中包含一个处于生存状态的元胞及其临近的处于死亡状态的元胞。现有的用于研究无线传感网络的元胞自动机模型采用统一的转换规则和相同的演化速率进行演化 ,忽略了无线传感网络拓扑演变的时空差异性、演化规律的空间异质性和演化速率的空间差异性。

发明内容
本发明提供了一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法,能够更好的模拟无线传感网络时空演化规律。本发明实施例提供一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法,包括如下步骤:A、建立无线传感网络中的传感器节点的拓扑模型,获取所述拓扑模型中任意节点u和V之间的广义欧氏距离Duv ;所述节点u和V分别对应无线传感网络中的一个传感器节
占.
B、将广义欧氏距离DuJt为聚类统计量,对无线传感网络拓扑变化和影响无线传感网络拓扑变化的影响因子一起进行聚类分析得到聚类结果,聚类结果中的每一个类对应元胞空间的一个分区;
C、对无线传感网络拓扑和各个影响因子进行采样,并将采样得到的无线传感网络拓扑样本数据和所述聚类结果通过统计分析,得到各个分区的状态转换函数;D、将无线传感网络拓扑区域划分为很多个大小一致的标准网格,每一个标准网格对应一个分区,在每一个标准网格内包括至少一个栅格,每一个非空的栅格对应一个元胞,一个元胞对应一个传感器节点;求每一个标准网格i的元胞演化速率Vi ;E、将元胞演化速率Vi和各个分区的状态转换函数一起输入到元胞自动机模型进行无线传感网络拓扑变化模拟。较佳地,步骤A所述获取所述拓扑模型中任意节点u和V之间的广义欧氏距离Duv为:根据公式
权利要求
1.一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法,其特征在于,包括如下步骤: A、建立无线传感网络中的传感器节点的拓扑模型,获取所述拓扑模型中任意节点u和V之间的广义欧氏距离Duv ;所述节点u和V分别对应无线传感网络中的一个传感器节点; B、将广义欧氏距离Duv作为聚类统计量,对无线传感网络拓扑变化和影响无线传感网络拓扑变化的影响因子一起进行聚类分析得到聚类结果,聚类结果中的每一个类对应元胞空间的一个分区; C、对无线传感网络拓扑和各个影响因子进行采样,并将采样得到的无线传感网络拓扑样本数据和所述聚类结果通过统计分析,得到各个分区的状态转换函数; D、将无线传感网络拓扑区域划分为很多个大小一致的标准网格,每一个标准网格对应一个分区,在每一个标准网格内包括至少一个栅格,每一个非空的栅格对应一个元胞,一个元胞对应一个传感器节点;求每一个标准网格i的元胞演化速率Vi ; E、将元胞演化速率Vi和各个分区的状态转换函数一起输入到元胞自动机模型进行无线传感网络拓扑变化模拟。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤A所述获取所述拓扑模型中任意节点u和V之间的广义欧氏距离Duv为: 根据公式
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述属性包括传感器节点的计算能力、存储容量、无线传输距离和/或功耗。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法,其特征在于,所述影响无线传感网络拓扑变化的影响因子包括:节点移动的随机性、节点发送功率的变化、无线信道间的互相干扰以及地形。
5.一种无线传感网络的拓扑变化模拟装置,其特征在于,包括: 拓扑模型建立模块,用于建立无线传感网络中的传感器节点的拓扑模型,获取所述拓扑模型中任意节点u和V之间的广义欧氏距离Duv ;所述节点u和V分别对应无线传感网络中的一个传感器节点; 聚类模块,用于将所述广义欧氏距离Duv作为聚类统计量,对无线传感网络拓扑变化和影响无线传感网络拓扑变化的影响因子一起进行聚类分析得到聚类结果,聚类结果中的每一个类对应元胞空间的一个分区; 采样及统计模块,用于对无线传感网络拓扑和各个影响因子进行采样,并将采样得到的无线传感网络拓扑样本数据和所述聚类结果通过统计分析,得到各个分区的状态转换函数; 元胞演化速率计算模块,用于将无线传感网络拓扑区域划分为很多个大小一致的标准网格,每一个标准网格对应一个分区,在每一个标准网格内包括至少一个栅格,每一个非空的栅格对应一个元胞,一个元胞对应一个传感器节点;求每一个标准网格i的元胞演化速率Vi ; 元胞自动机模块,用于接收元胞演化速率Vi和各个分区的状态转换函数,根据所述元胞演化速率Vi和各个分区的状态转换函数进行无线传感网络拓扑变化模拟。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,拓扑模型建立模块获取所述拓扑模型中任意节点U和V之间的广义欧氏距离Duv的方式为: 根据公式
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述属性包括传感器节点的计算能力、存储容量、无线传输距离和/或功耗。
8.根据权利要求5至7任一项所述的装置,其特征在于,所述影响无线传感网络拓扑变化的影响因子包括:节点移动的随机性、节点发送功率的变化、无线信道间的互相干扰以及地形。
全文摘要
本发明提供了一种无线传感网络的拓扑变化模拟方法,将传感器节点之间的广义欧氏距离作为聚类统计量,对无线传感网络拓扑变化和影响无线传感网络拓扑变化的影响因子一起进行聚类分析得到聚类结果,聚类结果中的每一个类对应元胞空间的一个分区,用分区的转换规则替代统一转换规则,采用标准格网划分方法求取异步元胞演化速率,从而可以在无线传感网络拓扑演变过程中考虑时空差异性、演化规律的空间异质性和演化速率的空间差异性。
文档编号H04W84/18GK103249056SQ20121002824
公开日2013年8月14日 申请日期2012年2月9日 优先权日2012年2月9日
发明者于秦, 肖志辉, 王英, 陆自强 申请人:迈普通信技术股份有限公司
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