無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度優(yōu)化方法

宋磊

摘要 隨著微電子科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，無線傳感系統(tǒng)在自然環(huán)境的檢測和調(diào)控應(yīng)用較為廣泛，此系統(tǒng)中的傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過收集環(huán)境信號，并經(jīng)過處理分析后利用通訊技術(shù)傳輸至融合系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)決策。同時(shí)，能量收集技術(shù)在傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，并具備收集能量單元，使得傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)從檢測的環(huán)境中獲取自身運(yùn)行所需要的能量。由于收集能量的不確定性，無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度優(yōu)化對于保持系統(tǒng)的總體性能也變得至關(guān)重要。在此對能量收集無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測方式和模型、無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量調(diào)度方法以及傳感器相關(guān)參數(shù)估算進(jìn)行了研究和優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】微電子科技 通訊技術(shù) 能量收集傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已經(jīng)得到了各行各業(yè)的關(guān)注。傳感器節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)檢測和感受周圍環(huán)境，收集環(huán)境信息并進(jìn)行處理，進(jìn)而通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞或傳送至用戶。此系統(tǒng)中的匯集節(jié)點(diǎn)主要作用在于將多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)收集的信息進(jìn)行匯集和處理，進(jìn)而有助于用戶調(diào)控和管理無線傳感系統(tǒng)。

1 無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測方式和模型研究

1.1 常用檢測方式研究

網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)的檢測是傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)，分散在生態(tài)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)要求對收集收集到的信息進(jìn)行判別，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)會依據(jù)接收到的信號判斷檢測區(qū)域是否有人員等事物的存在。在檢測過程中，接收到的信號會受到噪音的影響，需要設(shè)計(jì)優(yōu)化的判別規(guī)則，來降低噪音對檢測結(jié)果的影響。二元信息檢測方式是最常用和最簡便的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測方式，在此方式中，一般只有2個(gè)假設(shè)，進(jìn)而通過驗(yàn)證方法檢驗(yàn)假設(shè)的正確與否，經(jīng)常采取下列方式進(jìn)行檢測：

其中，t（s）指傳感器獲取信號的大小;G0、G1指不同的2個(gè)假設(shè)，即可能出現(xiàn)的2中情況;b0（s）、b1（s）分別指不同的的2個(gè)假設(shè)狀態(tài)下獲取信號的大小;m（s）代表環(huán)境中的噪音及干擾，s指獲取信號的時(shí)間。

利用二元檢測方式時(shí)，由于2個(gè)假設(shè)情況的出現(xiàn)，相關(guān)的判別結(jié)果與假設(shè)情況會出現(xiàn)四個(gè)組合情況，即在實(shí)際情況下發(fā)生的為G1，判別結(jié)果與實(shí)際發(fā)生的結(jié)果相同，則即為F1，此情況下的判別幾率用P（F1/G1）表示，稱為檢測幾率，用P_{a表示，如果判別成果為H0，記為A0，此情況下的判別幾率用幾率P（A0/G1）表示，常稱為漏警幾率，在實(shí)際中發(fā)生為G0，如果判別結(jié)果為G1，記為A1，此情況下判別幾率用P（A1/G0）表示，稱為虛警幾率，如果判別結(jié)果為G0，即為A0，則用幾率P（A0/G0）表示。}

由于在噪音存在的情況下，虛警幾率和漏警幾率是不可避免的，并且兩種幾率同時(shí)縮小。通過設(shè)計(jì)科學(xué)的二元假設(shè)判別準(zhǔn)則進(jìn)行錯(cuò)誤幾率的縮小。

1.1.1 最大幾率判別準(zhǔn)則

即選取最可能出現(xiàn)的檢測信號作為判別結(jié)果，即如果：

2 無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度優(yōu)化方法研究

2.1 調(diào)度優(yōu)化方法研究

為了優(yōu)化無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度，在此利用所求的問題構(gòu)成代價(jià)的無限Mko優(yōu)化流程，并采用優(yōu)化迭代或平均值迭代的方式求得結(jié)果。為了保證Mko的優(yōu)化流程順利進(jìn)行，要求對離散化中出現(xiàn)的全部變量，包含網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源電量、能量傳遞的損耗量及手機(jī)能量的多少。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可得，如果離散化降到最低時(shí)，通過優(yōu)化流程得出的方法是最為精確的。為了找到無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度優(yōu)化方法，將問題引入Mko優(yōu)化流程中并進(jìn)行求解。首先要調(diào)節(jié)優(yōu)化系統(tǒng)至相對穩(wěn)定的狀態(tài)，同時(shí)假設(shè)無線傳感器在具體時(shí)刻下選擇性的傳遞能量，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳導(dǎo)。在實(shí)際操作過程中，要實(shí)現(xiàn)函數(shù)值的迭代，就需要采取相對迭代的方式求解優(yōu)化方法，并且其迭代方式具有相等的價(jià)值。

2.2 調(diào)度次優(yōu)化方法研究

2.3 仿真試驗(yàn)結(jié)果研究

采用無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度的平均離散度j作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的性能標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合門限調(diào)度次優(yōu)化方法，使得C_{m的值為1，同時(shí)門限△C （hm，V）采取迭代方式求解可得。圖1為平均離散度j隨著電池電容量的變化趨勢，通過對試驗(yàn)結(jié)果的研究可以發(fā)現(xiàn)，兩種調(diào)度優(yōu)化方法的平均離散度j的值與電池電容量的大小呈正比例函數(shù)關(guān)系，同時(shí)無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以儲存能量以及增加其收集和使用的能量。}

2.4 無限傳感器相關(guān)參數(shù)估算法研究

分散式檢測是無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。由于受到通訊以及能量消耗的制約作用，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以對判定事件的發(fā)生，并將判定成果傳送至聚集點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。在實(shí)際操作過程中，由于無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般存在于極為復(fù)雜的環(huán)境中，發(fā)出的信號在傳遞中源會出現(xiàn)衰弱的問題，難以準(zhǔn)確獲得無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測概率等標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，從而影響到無限網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度優(yōu)化。利用迭代估算法可以在任何情況，獲取相關(guān)無限傳感網(wǎng)絡(luò)幾點(diǎn)參數(shù)估算誤差的方式，進(jìn)而優(yōu)化其在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

當(dāng)聚集點(diǎn)判定發(fā)生事件的情況時(shí)，若發(fā)生，判定結(jié)果被用于無限傳感器的更新，而實(shí)際情況下并沒有發(fā)生此事件，所以估算的值在一定程度上會使得與準(zhǔn)確值發(fā)生偏差。為了較小偏差值，在此使用另一種優(yōu)化方法，即在每個(gè)時(shí)刻無限傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)判定為1都作為判定統(tǒng)計(jì)數(shù)量，并將判定為1的數(shù)量與設(shè)定好的門限形成比較，若其較大時(shí)，而且采取融合決定方法判定的結(jié)果與此統(tǒng)計(jì)數(shù)量的比較值為l時(shí)，對于參數(shù)的估算值才會實(shí)施更新。采用無限網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)判定為1的統(tǒng)計(jì)數(shù)量作為判定成果的準(zhǔn)確性指標(biāo)，當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)判定為1的數(shù)量逐漸增多時(shí)，一般能確定發(fā)生事件的幾率也逐漸增大。

3 結(jié)束語

在無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，檢測事件的發(fā)生是其重要的環(huán)節(jié)之一，并通過無限網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)收集環(huán)境信息數(shù)據(jù)，處理完成后發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)聚集點(diǎn)，最終由融合機(jī)制做出判定。為了解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)度的復(fù)雜過程和有限的電池容量等問題，問題的復(fù)雜性和電池電量的有限性，通過無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測方式、數(shù)學(xué)模型及調(diào)度優(yōu)化方法等進(jìn)行研究并證明：無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能劃分能量收集單元，并可以從環(huán)境中收集能量;同時(shí)利用調(diào)度優(yōu)化方法及次優(yōu)化方法，可以使得整個(gè)無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的檢測效果達(dá)到最佳狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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