[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于，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：每个节点Di确定包括自己的位置坐标Li、剩余能量Ei、通信距离Ri和节点度dei，Di∈{D1,D2,…,Dm}，m表示无线传感器网络节点个数，m≥2；(1.2)无线传感器网络节点获取邻居节点信息集合：每个节点Di通过APT系统对通信距离Ri内的邻居节点{D1,D2,…,Dz}进行扫描，并将扫描到的所有邻居节点的信息组合成邻居节点信息集合Vi，Vi＝{I1,I2,…Ia,…,Iz}，Ia＝{La,Ea,Ra,dea}，z表示邻居节点的个数；z≥1，a≥1；(1.3)无线传感器网络节点确定簇头和非簇头节点：每个节点Di计算其与所有邻居节点建立链路所需的能量EDi，并将EDi与其所有邻居节点的{ED1,ED2…EDz}中最大值对应的节点作为簇头CDj，其他节点作为非簇头节点{ND1,ND2,…,NDq}，CDj∈{CD1,CD2,…,CDk}，k表示簇头节点的个数，q表示非簇头节点数量，k≥1，q＝z；其中，E_i表示节点i的剩余能量，E_j表示节点j的剩余能量，d_ij表示节点i和节点j之间的欧式距离，x_i表示L_i的横坐标，x_j表示L_j的横坐标，y_i表示L_i的纵坐标，y_j表示L_j的纵坐标；(1.4)无线传感器网络节点确定其所在的管理区域：每个簇头CDj以通信距离Rj为半径确定的区域即为簇头的管理区域Aj，每个非簇头节点NDi判断其位置坐标Li属于{A1,A2,…,Aj,Ak}中的哪个管理区域，若Li∈Aj，则NDi包含在管理区域Aj内；(2)簇头确定其内的非簇头节点数量：每个簇头CDj统计管理区域Aj在0～Tl时间内的非簇头节点数量集Nj，Nj＝{n1,n2,…nc,…nl}，nc表示在Tg的非簇头节点数量，l表示每个簇头CDj统计的次数，l≥30，Tg表示0～Tl时间内每个簇头CDj统计次数为c对应的时刻，0～Tl表示初始化完成的一段时间，0≤Tg≤Tl，Tl≥0；(3)构建多元线性回归模型Y：以每个簇头CDj管理区域Aj内非簇头节点数量集Nj作为多元线性回归模型的训练数据集，并根据训练数据集Nj确定管理区域Aj中非簇头节点数量的多元线性回归模型参数{b0,b1,…,bp}，并构建多元线性回归模型Y：Y＝b0+b1n1+b2n2+…+bpnp其中，p表示与Y相关的非簇头节点数量的个数，p≥1；(4)簇头计算管理区域内非簇头节点数量：每个簇头CDj根据多元线性回归模型Y，计算管理区域Aj在0～Tl之后Td时刻的非簇头节点数量Yj，Td＞Tl；(5)簇头获取无线传感器网络拓扑：(5.1)每个簇头CDj根据管理区域Aj内非簇头节点数量Yj和节点度dej，计算CDj在Td时刻的平均节点度λj：(5.2)每个簇头CDj与其邻居簇头{CD1,CD2,…CDu}建立通信链路，形成包含k个簇头的上层网状型结构；并以最大跳数为λj的多跳方式与CDj管理区域Aj内的非簇头节点{ND1,ND2,…,NDh}建立通信链路，形成k个以簇头为中心包含h个非簇头节点的下层星型结构，上层网状型结构和下层星型结构共同组成无线传感器网络拓扑。