無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法

譚松鶴，覃 琪

（河池學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，廣西 河池 546300）

0 引 言

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種標(biāo)準(zhǔn)的分布式應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其末梢組織由多個(gè)探查傳感器組成，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以外的傳輸介質(zhì)進(jìn)行感知檢查。WSN 是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最常見(jiàn)的傳輸通信方式，可靈活調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)通路中的IP 及地址設(shè)置情況，并對(duì)其進(jìn)行定向性修改[1?2]。局域式的傳感器網(wǎng)絡(luò)可與廣域互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行無(wú)線連接，并通過(guò)縮短通信連接的物理干預(yù)方式，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、廣域互聯(lián)網(wǎng)之間形成具備多跳自組織能力的覆蓋型網(wǎng)絡(luò)通路。

數(shù)據(jù)重復(fù)性冗余是一種不合理的網(wǎng)絡(luò)占用問(wèn)題，隨著網(wǎng)絡(luò)通路占用時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，這一物理行為有可能誘發(fā)嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)異常分類現(xiàn)象。為避免上述情況的發(fā)生，現(xiàn)有技術(shù)手段利用HLSA 算法對(duì)分類數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)匯聚處理，再根據(jù)錨節(jié)點(diǎn)處的字節(jié)步長(zhǎng)條件，確定后續(xù)數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議操作過(guò)程中的最佳路徑。這種方法雖然最大程度上對(duì)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了分類利用，但并不能解決現(xiàn)有的密集部署問(wèn)題，仍會(huì)造成較為嚴(yán)重的數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象。為解決上述問(wèn)題，本文引入無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用坐標(biāo)系，通過(guò)計(jì)算協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積、分類數(shù)據(jù)初始化等處理步驟，建立一種新型的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法，并在后續(xù)對(duì)比實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)突出證明該方法的實(shí)效性所在。

1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)性應(yīng)用數(shù)據(jù)處理

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性應(yīng)用數(shù)據(jù)處理是新型覆蓋協(xié)議方法建立的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在坐標(biāo)系建立、處理環(huán)節(jié)完善、節(jié)點(diǎn)選擇3 個(gè)物理步驟的支持下，其具體搭建方法如下。

1.1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用坐標(biāo)系建立

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用坐標(biāo)系是獲取數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議節(jié)點(diǎn)的重要物理依據(jù)，可有效規(guī)定重復(fù)性分類操作的上、下限參考邊界，并以此實(shí)現(xiàn)分配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部邊緣權(quán)限的目的。隨著分類數(shù)據(jù)總量的不斷增加，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境會(huì)出現(xiàn)一定量的盲點(diǎn)區(qū)域，且為避免覆蓋協(xié)議存在條件受限，網(wǎng)絡(luò)自身會(huì)根據(jù)一定的調(diào)節(jié)機(jī)制規(guī)避協(xié)議覆蓋范圍與盲點(diǎn)區(qū)域的有機(jī)融合[3?4]。從實(shí)用性角度來(lái)看，雖然數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法的有效性得到了保障，但過(guò)度的重合校正工作易造成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自身的重復(fù)性不斷提升，進(jìn)而引發(fā)一定的覆蓋失衡問(wèn)題。為避免上述情況的發(fā)生，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用坐標(biāo)系以定義原點(diǎn)橫坐標(biāo)Ox，以定義原點(diǎn)縱坐標(biāo)Oy，在初代傳感系數(shù)的促進(jìn)下，可將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用坐標(biāo)系{ O }表示為：

式中：W 代表無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的橫向應(yīng)用限定系數(shù)；E 代表無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的縱向應(yīng)用限定系數(shù)。

1.2 應(yīng)用處理環(huán)境完善

應(yīng)用處理環(huán)境完善是在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，對(duì)所有數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議節(jié)點(diǎn)進(jìn)行的初級(jí)規(guī)劃布置，可為后續(xù)重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇操作提供一定的物理依據(jù)，以保證最終建立的覆蓋協(xié)議方法能夠具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用坐標(biāo)系的橫向參量直接限定了數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的重復(fù)性迭代水平，縱向參量則在該水平能力的基礎(chǔ)上，規(guī)定了數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議的總體跨度條件，并以此作為初始化分類數(shù)據(jù)的唯一標(biāo)準(zhǔn)[5?6]。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，應(yīng)用處理環(huán)境完善的初始環(huán)節(jié)分為橫向坐標(biāo)分析、縱向坐標(biāo)分析兩個(gè)部分，并在確保重復(fù)性迭代系數(shù)擁有節(jié)點(diǎn)連接能力的基礎(chǔ)上，分配網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的基本分類覆蓋能力。具體的應(yīng)用處理環(huán)境完善流程如圖1 所示。

1.3 重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇

重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇既是對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用坐標(biāo)系的深度應(yīng)用協(xié)調(diào)，也是對(duì)已完善應(yīng)用處理環(huán)境進(jìn)行的基礎(chǔ)調(diào)試檢測(cè)。為避免網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密集部署情況的出現(xiàn)，所有滿足數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法調(diào)配的節(jié)點(diǎn)位置都必須嚴(yán)格遵循隨機(jī)部署原則，可在良好組織無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)分類數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，縮短相鄰覆蓋點(diǎn)之間的物理距離，并以此達(dá)到選擇性安排網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的目的。作為分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法構(gòu)建的重要物理依據(jù)，重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇需要兼顧無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)生成位置信息、覆蓋位移等多項(xiàng)物理?xiàng)l件，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部重復(fù)性字節(jié)組織的最大數(shù)量條件，選擇最為適宜的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)覆蓋位置[7?8]。

圖1 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用處理環(huán)境的完善流程圖

設(shè)uα代表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的生成位置信息參量，α 代表獲得該項(xiàng)取值時(shí)網(wǎng)絡(luò)信道承受的數(shù)據(jù)負(fù)載量，pα代表無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的覆蓋位移條件，Qmax代表重復(fù)性字節(jié)組織的最大數(shù)量條件，聯(lián)立式（1）可將重復(fù)性數(shù)據(jù)字節(jié)的選擇結(jié)果表示為：

式中：t 代表重復(fù)性網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的覆蓋傳輸時(shí)間差；δ 代表無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)承載的基礎(chǔ)迭代系數(shù)；r 代表數(shù)據(jù)參量的分類重復(fù)依據(jù)系數(shù)。

整合上述步驟，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)性應(yīng)用數(shù)據(jù)處理，完成新型分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法的搭建準(zhǔn)備操作。

2 基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法構(gòu)建

以無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性應(yīng)用數(shù)據(jù)處理結(jié)果為依據(jù)，在協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積計(jì)算、分類數(shù)據(jù)初始化等物理步驟的支持下，完成新型分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法的構(gòu)建。

2.1 協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積計(jì)算

協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積是牽制無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)分布范圍的重要物理因素，可以重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)選擇結(jié)果為依據(jù)，確定分類協(xié)議分子在傳輸過(guò)程中的上、下限趨近邊界量。從對(duì)應(yīng)性角度來(lái)看，上限趨近邊界量直接等同于協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積的頂端位置，下限趨近邊界量直接等同于協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積的底端位置[9?10]。在無(wú)線傳感數(shù)據(jù)保持重復(fù)性分類連接的條件下，協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積頂端位置與數(shù)據(jù)衰減系數(shù)?保持正相關(guān)影響關(guān)系，協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積底端位置與閾值參量?保持正相關(guān)影響關(guān)系。所謂數(shù)據(jù)衰減系數(shù)是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，與重復(fù)性分類數(shù)據(jù)直接相關(guān)的物理覆蓋條件，不隨協(xié)議連接時(shí)間的增加而發(fā)生改變。而閾值參量則是對(duì)覆蓋面積下沉可能性進(jìn)行的嚴(yán)格限定，僅與傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)參量j 保持屬性關(guān)聯(lián)影響關(guān)系。在式（2）的基礎(chǔ)上，聯(lián)立可將協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積FI{O}表示為：

2.2 分類數(shù)據(jù)初始化

分類數(shù)據(jù)初始化是對(duì)覆蓋協(xié)議方法使用對(duì)象的集中規(guī)劃限制，需要在全面協(xié)調(diào)協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積的基礎(chǔ)上，借助無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)連通子集，建立完善的喚醒協(xié)議條件，并以此為標(biāo)準(zhǔn)[11]。實(shí)施后續(xù)的數(shù)據(jù)協(xié)議連接操作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，喚醒協(xié)議條件可以作為數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議喚醒連接的物理基礎(chǔ)，既準(zhǔn)確標(biāo)注了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中分類數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的必經(jīng)連接位置，也對(duì)方法自身包含的協(xié)議覆蓋面積進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)劃說(shuō)明。從處理流程角度來(lái)看，分類數(shù)據(jù)初始化以獲取重復(fù)性數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)作為起始步驟，在不斷計(jì)算合理協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積的基礎(chǔ)上，確定最終喚醒連接操作所需的一切物理基礎(chǔ)，繼而建立符合應(yīng)用需求的覆蓋協(xié)議方法[12?13]。完整的分類數(shù)據(jù)初始化操作原理如圖2 所示。

2.3 數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議的喚醒連接

數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議喚醒連接是新型覆蓋協(xié)議方法建立的末尾環(huán)節(jié)，可根據(jù)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中重復(fù)性分類數(shù)據(jù)的集中走向情況，確定協(xié)議覆蓋區(qū)域連接、未連接部分所占比重，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象的有效控制。在協(xié)議點(diǎn)覆蓋面積中，喚醒連接是一種真實(shí)存在于節(jié)點(diǎn)之間的定向促進(jìn)操作，可在滿足無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)物理屬性的基礎(chǔ)上，對(duì)完成初始化處理的權(quán)限節(jié)點(diǎn)進(jìn)行按需分配，并以此作為條件，迫使分類數(shù)據(jù)協(xié)議形成一種覆蓋性趨勢(shì)，最終形成一種網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡的物理局面[14?15]。

圖2 分類數(shù)據(jù)初始化操作原理解析圖

式中：c 代表無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的平均物理量；v代表網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載偏導(dǎo)量；b 代表協(xié)議覆蓋協(xié)調(diào)分子。

至此，完成覆蓋協(xié)議操作的前期準(zhǔn)備工作，將滿足要求的物理參量代入上述物理計(jì)算式，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法的順利應(yīng)用。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與檢測(cè)

為突出說(shuō)明無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法的實(shí)效性，設(shè)計(jì)如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在相同物理檢測(cè)背景中，配置相同的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，在其他影響因素不變的前提下，分別記錄應(yīng)用新型數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法、HLSA算法后，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化情況，其中，前者作為實(shí)驗(yàn)組，后者作為對(duì)照組。

3.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)準(zhǔn)備

為突出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，可按照表1 對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置調(diào)試。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)準(zhǔn)備

出于公平性考慮，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組除所采用協(xié)議方法不同外，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)始終保持一致。

3.2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署密集程度對(duì)比

節(jié)點(diǎn)存在系數(shù)為0.61 時(shí)，以60 min 作為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，分別記錄在該段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組覆蓋協(xié)議方法后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署密集程度的變化情況。實(shí)驗(yàn)詳情如圖3 所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署密集程度對(duì)比圖

分析圖3 可知，實(shí)驗(yàn)組網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署密集程度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，雖然下降幅度逐漸縮小，但整體趨勢(shì)保持不變，初始值即為最大值，僅達(dá)到62.31%，遠(yuǎn)低于理想值85%；對(duì)照組網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署密集程度前期上升，后期下降，中間階段保持不變，期間最大值結(jié)果達(dá)到90.18%，超過(guò)理想極值85%，更遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)組最大值。綜上可知，在節(jié)點(diǎn)存在系數(shù)為0.61 的條件下，應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法，確實(shí)能夠達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署密集程度的目的。

3.3 平均數(shù)據(jù)冗余值對(duì)比

在數(shù)據(jù)分配參數(shù)為0.48 的條件下，以60 min 作為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，分別記錄在該段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組覆蓋協(xié)議方法后，平均數(shù)據(jù)冗余值的變化情況。實(shí)驗(yàn)詳情如表2 所示。

表2 平均數(shù)據(jù)冗余值對(duì)比

對(duì)比表1，表2 可知：在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)組平均數(shù)據(jù)冗余值的基本水平僅達(dá)到6.7 KB，遠(yuǎn)低于理想值8.6 KB；對(duì)照組平均數(shù)據(jù)冗余值的基本水平達(dá)到8.3 KB，雖然也低于理想值8.6 KB，但該組數(shù)值的最大水平達(dá)到9.0 KB，與理想值8.6 KB 相比，上升了0.4 KB。綜上可知，在數(shù)據(jù)分配參數(shù)為0.48 的條件下，應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法，確實(shí)可以使平均數(shù)據(jù)冗余值的上升趨勢(shì)得到有效抑制。

4 結(jié) 語(yǔ)

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性分類數(shù)據(jù)覆蓋協(xié)議方法從應(yīng)用坐標(biāo)系入手，選擇所有滿足要求的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，并按照一定的初始化需求對(duì)其進(jìn)行喚醒連接，不僅從根本上解決由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密集部署造成的數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題，也對(duì)平均數(shù)據(jù)冗余值進(jìn)行了有效控制，從實(shí)效性角度來(lái)看具備較強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。