基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別技術(shù)研究.pdf

1、復(fù)雜性科學(xué)的快速發(fā)展使得作為其中重要研究分支的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論也逐漸成為研究熱點(diǎn)。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論是抽象出來(lái)的一種研究工具，它已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在了許多學(xué)科，如生物、化學(xué)、材料以及其他應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)其研究成果又反過(guò)來(lái)被用于各個(gè)領(lǐng)域的研究。現(xiàn)實(shí)世界中諸如交通網(wǎng)、社交網(wǎng)、電力網(wǎng)等等無(wú)一不是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究中，網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法是很重要的一部分，對(duì)于維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全具有重要意義?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)實(shí)施單獨(dú)的保護(hù)措施以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，也可

2、以通過(guò)蓄意攻擊網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)使全網(wǎng)遭到破壞。因此，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的識(shí)別技術(shù)研究對(duì)于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展具有重要理論推動(dòng)作用，同時(shí)在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中也具有重要應(yīng)用價(jià)值。
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展中的重要部分。作為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種實(shí)體，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，不僅具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)如節(jié)點(diǎn)數(shù)目龐大、網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征，更有其自身的獨(dú)特特點(diǎn)，如所處環(huán)境惡劣且能量有限容易造成節(jié)點(diǎn)失效、節(jié)點(diǎn)無(wú)法更換電源等。因此，布點(diǎn)之前確定好關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

3、，從而對(duì)這些節(jié)點(diǎn)實(shí)施單獨(dú)保護(hù)措施或單獨(dú)撒點(diǎn)或增加額外電源等，有利于提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率、增強(qiáng)抗毀性，從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。由此可見(jiàn)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別技術(shù)研究對(duì)實(shí)際應(yīng)用具重要價(jià)值。
　　本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別展開(kāi)研究，針對(duì)現(xiàn)有方法在量化節(jié)點(diǎn)重要程度上的不足，首先提出了度指數(shù)和介指數(shù)來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性的評(píng)估，然后通過(guò)引入層次分析法并結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)權(quán)重的量化、評(píng)估指標(biāo)的選取以及指標(biāo)權(quán)重的

4、分配等方面進(jìn)行優(yōu)化，形成了本文所提出的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法—DB-AHP算法。通過(guò)經(jīng)典的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真表明，本文所提出的DB-AHP算法與現(xiàn)有方法的度、介數(shù)或單一運(yùn)用任意一種方法相比在網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的識(shí)別上綜合性更強(qiáng)，更為合理。本文的主要工作包括以下內(nèi)容:
　　第一，對(duì)目前復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中已有的挖掘網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的方法作了詳細(xì)分析研究。針對(duì)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法中已有識(shí)別方法忽略了網(wǎng)絡(luò)的整體特性、不能量化節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)中的重要程度權(quán)

5、重值、無(wú)法量化節(jié)點(diǎn)相比另一節(jié)點(diǎn)的重要性程度值的不足，提出了兩個(gè)優(yōu)化了度和介數(shù)的節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)估指標(biāo):度指數(shù)和介數(shù)指數(shù)。
　　第二，基于度指數(shù)(Degree Exponent)和介數(shù)指數(shù)(Betweenness Exponent)，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，本文將決策論中的層次分析法引入到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，提出了一種針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法——DB-AHP，該算法充分利用層次分析法進(jìn)行決策時(shí)的定性判斷和定量分析的優(yōu)勢(shì)來(lái)分配關(guān)

6、鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，使得最終結(jié)果更加科學(xué)和合理。DB-AHP算法所得的節(jié)點(diǎn)重要性排序結(jié)果量化了節(jié)點(diǎn)占整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重，量化了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)相比另一節(jié)點(diǎn)的重要性權(quán)重。同時(shí)，算法考慮了多個(gè)評(píng)估指標(biāo)作為影響節(jié)點(diǎn)重要性的因素，避免了單一方法的片面性和評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確性，又將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量作為一項(xiàng)重要指標(biāo)考慮在內(nèi)，方法更具針對(duì)性。
　　第三，實(shí)驗(yàn)時(shí)同時(shí)選擇復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型中的典型模型——隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型和小世界網(wǎng)絡(luò)模型。選擇這兩個(gè)

7、具有代表性的模型表明針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)本文所提DB-AHP算法具有普適性。
　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型中，度指標(biāo)評(píng)價(jià)出的結(jié)果不合理值有20個(gè)，介數(shù)評(píng)估出的結(jié)果不合理值有26個(gè)，各節(jié)點(diǎn)的流量評(píng)估結(jié)果的不合理值有4個(gè)，而DB-AHP得出的結(jié)果的不合理值只有1個(gè);小世界網(wǎng)絡(luò)模型中，度指標(biāo)評(píng)價(jià)出的結(jié)果不合理值有27個(gè)，介數(shù)評(píng)估出的結(jié)果不合理值有27個(gè)，各節(jié)點(diǎn)的流量評(píng)估結(jié)果的不合理值有31個(gè)，DB-AHP方法得出的結(jié)果的不合理值為20

8、個(gè)。不管是哪一種模型，DB-AHP算法所得的不合理值都是最小的。而在小世界網(wǎng)絡(luò)模型中的不合理值比隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型中的不合理值大，是因?yàn)槎取⒔閿?shù)、流量評(píng)估的不合理值比較大造成的。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的DB-AHP算法將網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)對(duì)本節(jié)點(diǎn)的影響考慮在內(nèi)，考慮了網(wǎng)絡(luò)的整體性，量化節(jié)點(diǎn)相比另一節(jié)點(diǎn)的重要程度以及各節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別，相比運(yùn)用單一方法和雖然運(yùn)用多種方法，但未引入度指數(shù)和介數(shù)指數(shù)