[发明专利]基于多元线性回归模型的无线传感器网络拓扑构建方法

说明书

本发明提出了一种基于多元线性回归模型的无线传感器网络拓扑构建方法，旨在通过消除网络中节点度所受限制，提高网络的连通性和稳定性，实现步骤为：对无线传感器网络进行初始化；通过初始化网络采集多元线性回归模型的训练数据集，根据训练数据集构建管理区域中非簇头节点数量的多元线性回归模型；簇头根据多元线性回归模型，计算其管理区域的非簇头节点数量和平均节点度，簇头以最大跳数为平均节点度的多跳方式与管理区域内的非簇头节点建立通信链路，最终形成无线传感器网络拓扑。本发明通过多元线性回归模型计算簇头管理区域内的非簇头节点数量以确定簇头内的节点度，旨在消除节点度所受限制的问题，提高网络的连通性和稳定性。

技术领域

本发明属于光通信技术领域，涉及通信网络的组网技术，具体涉及一种基于多元线性回归模型的无线传感器网络拓扑构建方法，可用于节点度受限的无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器，WSN中的传感器通过无线方式通信，包括无线激光通信、微波通信和可见光通信等无线通信技术，具有组网灵活、成本低廉等优点。然而，由于WSN中的节点不是静止不动的而是不断运动的，进而导致WSN中节点的接入度不断变化，这必然导致WSN网络中出现节点度受限程度较高的问题，使网络中出现孤立节点和能量不均衡的问题，对WSN网络的连通性和稳定性产生重要影响。另外，WSN易受大气信道环境的影响，进一步影响WSN的连通性和稳定性，而合理有效的网络拓扑构建可以最大限度的弥补WSN单项链路特性带来的缺陷，提高WSN网络的连通性和稳定性。

针对WSN通信节点度受限的等问题，目前解决方法主要有以下三类：(1)基于多收发系统的物理层改造方法；(2)基于微波和无线激光结合的混合网络方法；(3)基于分层的拓扑构建和路由方法。针对方法(1)，采用FSO多收发系统，扩大每个节点的通信覆盖范围，提高节点度，在物理层面降低FSO单向链路对组网质量的影响；针对方法(2)，将FSO与RF结合，组成混合的网络，通过分层控制，小规模网络采用RF，网络中继采用FSO。

然而针对物理层的改造方法成本较高，技术难度较大，针对混合网络来说，仅仅是网络的混合，并未从根本上解决问题，仍然会存在节点度受限的问题。目前，主要采用拓扑构建方法解决节点度受限的问题。拓扑构建和路由方法主要是采用特定的分层网络拓扑结构，节点的功能在网络建立前确定，通过区分普通节点与簇头节点，实现层次通信，在此基础上，采用特定的路由算法发现邻居节点和基站，建立链路。例如，申请公布号为CN106162792 A,名称为“无线传感器网络中节点度受限的多对一数据路由方法”的专利申请，公开了一种无线传感器网络中节点度受限的多对一数据路由方法。该发明通过将无线传感器网络中的节点转化为对应的超级虚拟节点，合并同一无线传感器节点对应的虚拟节点，选择各个无线传感器节点在度数受限情况下的最优数据路由通路。该发明针对无线传感器网络中节点度受限的问题，可以选择一条潜在链路的情况下的最优化数据路由路径。然而，该发明考虑的是存在潜在链路的情况的最优路由选择以解决节点度受限的问题，并没有从根本上解决节点度受限的问题，如果不存在潜在链路，则该发明仍然存在节点度受限的问题，进一步影响网络的能量均衡和链路稳定，对网络的连通性和稳定性产生负面影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于多元线性回归模型的无线传感器网络拓扑构建方法，旨在通过消除网络中节点度所受限制，提高网络的连通性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)对无线传感器网络进行初始化：

(1.1)无线传感器网络节点确定自己的信息：