[發明專利]基于雙向吸引機制的大規模WSNs拓撲控制方法

在審

• 申請號: 201610052880.6
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105722173A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 王傳云;尹燕;王敏
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: H04W40/10
• 分類號: H04W40/10;H04W40/20;H04W40/24;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于雙向吸引機制的大規模WSNs拓撲控制方法，包括如下步驟：

1)初始設定

給定m0個節點，它們組成一個全耦合網絡，其中每條邊都賦予權值w0；

2)網絡增長

每次加入一個新節點New，讓這個節點在其通信半徑內與已存在的m個節點相連，因此每次新加入了m條邊，連接節點的選擇按照權重優先選擇進行，即一個老節點i被選擇的概率為：

Π_New→i＝S_i/Σ_kS_k(1)

每條新邊的權重同樣設為w0；Si為節點i的強度(或稱為點權)；

3)雙向吸引:以基站為起點，按照式(1)由遠及近的方式搜索確定多級簇頭節點；

4)每個簇頭節點將自身ID及相連接的簇頭節點ID廣播至與其相連節點(已建立連接簇頭節點除外)，其他普通節點則請求在其通信半徑內距離最近的匯聚節點建立連接，形成簇，如果簇頭節點點權值當達到閾值S時，重復步驟4)；

5)存在節點未加入任何簇，則選擇最近簇頭節點建立連接并加入該簇。

2.根據權利要求1所述的基于雙向吸引機制的大規模WSNs拓撲控制方法，其特征在于：步驟2)中節點權重的動態演化過程：

1)權值演化過程

為了簡單起見，認為新加入的邊只會局部引發連接節點i與它的鄰居節點j∈τ(i)邊的權值重新調整，調整按照如下規則進行：

w_ij→w_ij+Δw_ij(2)

Δwij=ρ·wijsi---(3)]]>

也就是每次新引入一條邊(n，i)，會給節點i帶來額外的ρ的流量負擔，而與之相連的邊會按他們自身的權值w_ij的大小分擔一定的流量，因此，總的節點i的強度:

S_i→S_i+ρ+w₀(4)

2)點權演化分析

2a)網絡的演化始于一個包含m0個節點的子網，每一時間步加入一個新的節點，直到達到所需的網絡規模為止；所以模型的演化時間等價于加入到網絡中的節點的個數，即t＝N-m0，并且模型的自然時間標度為網絡規模N；對模型做連續近似，可以將邊權w和點權S做變量連續化處理，并且時間t也是連續的，那么邊權w_ij將會按照如下方程演化：

dwijdt=mSjΣkSk-Si×mSiΣkSk-Sj×ρ---(5)]]>

2b)有兩種過程對點權S_i的變化起作用：一個是內部建立的連接和權重的更新,另一個是新點的加入；因此節點i權重的變化率方程可以寫為：

dSidt=0Si>SnSiΣjSj(1+ρ)+Σj∈·(i)dwijdtSi<S---(6)]]>

注意：ΣiSj≈m2ρt+2nρt,]]>并根據式(3)和(5)，有：

dSidt=m2ρ+n(1+ρ)m2ρ+2n(1+ρ)×Si(t)t---(7)]]>

2c)由微分方程的初始條件S_i(t＝i)＝n，

Si(t)=n(ti)m2ρ+n(1+ρ)m2ρ+2n(1+ρ)---(8)]]>

通過對時間的演化行為可以計算統計特征；

2d)同時，節點i進入網絡的時間t_i＝t均勻分布在區間[0,t]，并且度分布可以寫為：

P(S,t)=1t+N0∫0tδ(S-Si(t))dti---(9)]]>

根據式(8)得到S_i(t)～(t/i)^θ，則在時間t→∞時的權重分布為P(s)～S^-α,其中α＝1+1/θ；

α＝1+[m²ρ+2n(1+ρ)]/[m²ρ+n(1+ρ](10)

當m＝0時，α＝3，并且該網絡還原為無標度網絡模型；當m→∞時，α→2。