專利名稱：一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及移動通信技術領域，特別涉及一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬方法。
背景技術：
如
圖1所示,無線傳感網絡(WSNs, Wireless Sensor Networks)由大量分布式的微小傳感器節點構成。每個節點的發射功率和覆蓋范圍有限，只能夠與其覆蓋范圍之內的鄰居節點進行通信。在無線傳感網絡中，由于節點的隨機移動、節點的隨時開機和關機、發送功率的變化、無線信道間的相互干擾以及地形等綜合因素的影響，節點間通過無線信道形成的網絡拓撲結構隨時可能發生變化，而且變化的方式和速度都是不可預測的。拓撲演變問題突出體現了無線傳感網絡具有自組織特征:各個傳感器節點根據其鄰居節點的狀態來控制自身狀態的轉換，在盡量減少系統能量消耗的前提下，保證整個網絡拓撲的連通性和覆蓋性。元胞自動機(CA，Cellular Automata)是一種時間和空間都離散的動力系統。散布在規則格網(Lattice Grid)中的每一元胞(Cell)取有限的離散狀態(比如0、1兩種狀態)，遵循同樣的作用規則，依據確定的局部規則作同步更新。大量元胞通過簡單的相互作用而構成動態系統的演化。由于無線傳感網絡是一種典型的自組織通信網絡，大量分布式的微小節點(傳感器)只能夠與周圍臨近的節點進行通信，并依靠局部信息做出行為決策，而元胞自動機能夠以簡單的規則揭示復雜的全局特性，因而能夠用于研究具有自組織特性的無線傳感網絡時空演化規律，并且結構簡單、易于計算機實現，因此，元胞自動機在研究無線傳感網絡時空演化規律方面展現出令人矚目的研究前景。圖1示出了元胞自動機模型的一個示意圖，其中包含一個處于生存狀態的元胞及其臨近的處于死亡狀態的元胞。現有的用于研究無線傳感網絡的元胞自動機模型采用統一的轉換規則和相同的演化速率進行演化 ，忽略了無線傳感網絡拓撲演變的時空差異性、演化規律的空間異質性和演化速率的空間差異性。
發明內容
本發明提供了一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬方法，能夠更好的模擬無線傳感網絡時空演化規律。本發明實施例提供一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬方法，包括如下步驟:A、建立無線傳感網絡中的傳感器節點的拓撲模型，獲取所述拓撲模型中任意節點u和V之間的廣義歐氏距離Duv ;所述節點u和V分別對應無線傳感網絡中的一個傳感器節
占.
B、將廣義歐氏距離DuJt為聚類統計量，對無線傳感網絡拓撲變化和影響無線傳感網絡拓撲變化的影響因子一起進行聚類分析得到聚類結果，聚類結果中的每一個類對應元胞空間的一個分區；
C、對無線傳感網絡拓撲和各個影響因子進行采樣，并將采樣得到的無線傳感網絡拓撲樣本數據和所述聚類結果通過統計分析，得到各個分區的狀態轉換函數；D、將無線傳感網絡拓撲區域劃分為很多個大小一致的標準網格，每一個標準網格對應一個分區，在每一個標準網格內包括至少一個柵格，每一個非空的柵格對應一個元胞，一個元胞對應一個傳感器節點；求每一個標準網格i的元胞演化速率Vi ；E、將元胞演化速率Vi和各個分區的狀態轉換函數一起輸入到元胞自動機模型進行無線傳感網絡拓撲變化模擬。較佳地，步驟A所述獲取所述拓撲模型中任意節點u和V之間的廣義歐氏距離Duv為:根據公式
權利要求
1.一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬方法，其特征在于，包括如下步驟: A、建立無線傳感網絡中的傳感器節點的拓撲模型，獲取所述拓撲模型中任意節點u和V之間的廣義歐氏距離Duv ;所述節點u和V分別對應無線傳感網絡中的一個傳感器節點； B、將廣義歐氏距離Duv作為聚類統計量，對無線傳感網絡拓撲變化和影響無線傳感網絡拓撲變化的影響因子一起進行聚類分析得到聚類結果，聚類結果中的每一個類對應元胞空間的一個分區； C、對無線傳感網絡拓撲和各個影響因子進行采樣，并將采樣得到的無線傳感網絡拓撲樣本數據和所述聚類結果通過統計分析，得到各個分區的狀態轉換函數； D、將無線傳感網絡拓撲區域劃分為很多個大小一致的標準網格，每一個標準網格對應一個分區，在每一個標準網格內包括至少一個柵格，每一個非空的柵格對應一個元胞，一個元胞對應一個傳感器節點；求每一個標準網格i的元胞演化速率Vi ； E、將元胞演化速率Vi和各個分區的狀態轉換函數一起輸入到元胞自動機模型進行無線傳感網絡拓撲變化模擬。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所述獲取所述拓撲模型中任意節點u和V之間的廣義歐氏距離Duv為: 根據公式
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述屬性包括傳感器節點的計算能力、存儲容量、無線傳輸距離和/或功耗。
4.根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，所述影響無線傳感網絡拓撲變化的影響因子包括:節點移動的隨機性、節點發送功率的變化、無線信道間的互相干擾以及地形。
5.一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬裝置，其特征在于，包括: 拓撲模型建立模塊，用于建立無線傳感網絡中的傳感器節點的拓撲模型，獲取所述拓撲模型中任意節點u和V之間的廣義歐氏距離Duv ;所述節點u和V分別對應無線傳感網絡中的一個傳感器節點； 聚類模塊，用于將所述廣義歐氏距離Duv作為聚類統計量，對無線傳感網絡拓撲變化和影響無線傳感網絡拓撲變化的影響因子一起進行聚類分析得到聚類結果，聚類結果中的每一個類對應元胞空間的一個分區； 采樣及統計模塊，用于對無線傳感網絡拓撲和各個影響因子進行采樣，并將采樣得到的無線傳感網絡拓撲樣本數據和所述聚類結果通過統計分析，得到各個分區的狀態轉換函數； 元胞演化速率計算模塊，用于將無線傳感網絡拓撲區域劃分為很多個大小一致的標準網格，每一個標準網格對應一個分區，在每一個標準網格內包括至少一個柵格，每一個非空的柵格對應一個元胞，一個元胞對應一個傳感器節點；求每一個標準網格i的元胞演化速率Vi ; 元胞自動機模塊，用于接收元胞演化速率Vi和各個分區的狀態轉換函數，根據所述元胞演化速率Vi和各個分區的狀態轉換函數進行無線傳感網絡拓撲變化模擬。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，拓撲模型建立模塊獲取所述拓撲模型中任意節點U和V之間的廣義歐氏距離Duv的方式為: 根據公式
7.根據權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述屬性包括傳感器節點的計算能力、存儲容量、無線傳輸距離和/或功耗。
8.根據權利要求5至7任一項所述的裝置，其特征在于，所述影響無線傳感網絡拓撲變化的影響因子包括:節點移動的隨機性、節點發送功率的變化、無線信道間的互相干擾以及地形。
全文摘要
本發明提供了一種無線傳感網絡的拓撲變化模擬方法，將傳感器節點之間的廣義歐氏距離作為聚類統計量，對無線傳感網絡拓撲變化和影響無線傳感網絡拓撲變化的影響因子一起進行聚類分析得到聚類結果，聚類結果中的每一個類對應元胞空間的一個分區，用分區的轉換規則替代統一轉換規則，采用標準格網劃分方法求取異步元胞演化速率，從而可以在無線傳感網絡拓撲演變過程中考慮時空差異性、演化規律的空間異質性和演化速率的空間差異性。
文檔編號H04W84/18GK103249056SQ20121002824
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者于秦, 肖志輝, 王英, 陸自強 申請人:邁普通信技術股份有限公司