無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合方法研究

邱 彬

(汕頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機(jī)系，廣東汕頭515078)

隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的發(fā)展，采用該技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸，能夠提高傳輸?shù)目煽啃?。在進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)與傳輸過程中，容易受到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)物理特征的干擾，導(dǎo)致無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性下降，因此為解決該問題，需要構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征優(yōu)化融合模型[1]。通過構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征高負(fù)載傳輸信息模型，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)優(yōu)化傳輸控制，以此提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的輸出穩(wěn)定性，因此相關(guān)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合方法研究受到人們的極大關(guān)注[2]。為提高無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，提出基于能量均衡調(diào)度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合方法。構(gòu)建中繼節(jié)點(diǎn)輸出信道模型，然后結(jié)合能量均衡調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的優(yōu)越性。

1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼信道模型及均衡設(shè)計

1.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)信道模型

為了實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合，提高無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸?shù)膬?yōu)化控制能力，首先構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸?shù)男诺滥Ｐ?，結(jié)合信息融合和優(yōu)化控制方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸控制[3]，設(shè)有M個由中繼節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼信道模型，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的輸出序列為x=[x(0),…,x(N-1)]，其中x(n)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的混合匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，0≤n≤N-1，則無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征信息融合模型為：

(1)

其中，0≤k≤N-1表示無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)混合特征量。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的比特序列x(n)經(jīng)變換后，用X=DFT{x}表示無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的譜密度，采用頻譜特征分析方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的差異性調(diào)度和信息融合，假設(shè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的特征屬性為t，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼信道負(fù)載模型為：

(2)

式中，

(3)

ω(t)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征量，ph(t)為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的功率譜密度特征量，采用模糊信息融合方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征偏移控制[4]，得到輸出穩(wěn)態(tài)特征量為：

(4)

采用幀偏移分布式調(diào)度方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征提取和信息融合，提高無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征檢測能力。

1.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)信道均衡設(shè)計

提取無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性相關(guān)性特征量，采用模糊信息融合方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)換控制[5]，得到中繼節(jié)點(diǎn)的衰減特征量為：

PAOMDV=(1-Pd)2{1-[1-(1-Pe)n(1-Pd)n-1]m}

(5)

采用最短路徑尋優(yōu)方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的誤差控制，得到節(jié)點(diǎn)能量傳輸?shù)木秸`差為ξ，表示如下：

(6)

結(jié)合模糊度檢測方法，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)調(diào)度模型，描述如下：

當(dāng)f(xid(t-1))-μd<-Th：

vid(t)=wvid(t-1)+Crand(pbestid(t-1)-xid(t-1))

(7)

當(dāng)f(xid(t-1))-μd>Th：

vid(t)=wvid(t-1)+Crand(gbestd(t-1)-xid(t-1))

(8)

采用分級控制方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的自適應(yīng)加權(quán)，得到加權(quán)函數(shù)：

(9)

2 中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合優(yōu)化

2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征提取

采用能量均衡控制方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)控制，提取無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)輸出的屬性相關(guān)性特征量[7]，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的功率譜為：

(10)

采用能量均衡控制方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的特征融合，用CIntrai(n)表示無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)i的尋優(yōu)間隔，CInteri(n)表示節(jié)點(diǎn)i的信息熵，采用功率譜特征檢測方法，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的功率譜損失為：

(11)

采用頻譜控制方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的信號源擴(kuò)展，表示為：

(12)

構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征傳輸信道均衡調(diào)度模型[8]，得到中繼節(jié)點(diǎn)的能量衰減為：

(13)

(14)

采用頻譜波束形成方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的負(fù)載增益控制[9]，得到中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的輸出碼元為：

(15)

其中：

(16)

(17)

綜上分析，提取無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征量，結(jié)合傳感信息融合跟蹤識別方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合[10]。

2.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合

無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征碼元為x(k-1),…,x(k-M)，無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的分布相位為θ1(k)，采用特征融合方法，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的測試集T(n)：

(18)

建立無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征可靠性融合模型，采用最短路由控制方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議設(shè)計，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)均衡配置輸出描述如下：

C(0)←DET{x}

(19)

(20)

w(j)←DFW-1{W(j)}

(21)

c(J)←DFT-1{C(J)}

(22)

其中1≤j≤J，c(j)、w(j)分別為混合匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸閾值函數(shù)，提取的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征空間分布特征量為：

(23)

其中，N為無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征的長度，J為幀的頻率，結(jié)合模糊信息尋優(yōu)方法，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合。算法實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 算法的實(shí)現(xiàn)流程

3 仿真測試分析

為了驗(yàn)證本文提出的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合方法的應(yīng)用性能進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。假設(shè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)的信息傳輸半徑為R=14m，Sink節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)為(12，26)，中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征采樣帶寬為Q=120Kbps，模糊調(diào)節(jié)系數(shù)為c1=10，c2=20，信道均衡濾波階數(shù)為16，自適應(yīng)調(diào)節(jié)系數(shù)為μ1=μ2=0.56，關(guān)聯(lián)系數(shù)δ=0.8，根據(jù)上述仿真環(huán)境和參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合，測試節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，得到結(jié)果如圖2所示。

圖2 節(jié)點(diǎn)傳輸成功率測試

分析圖2得知，研究方法能有效實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合，節(jié)點(diǎn)傳輸成功率較高，測試能量開銷，得到對比結(jié)果如圖3所示。

圖3 節(jié)點(diǎn)的能量開銷測試

分析圖3得知，利用該方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合處理，提高了節(jié)點(diǎn)輸出的穩(wěn)定性，能量開銷較小，降低了輸出誤碼率，增強(qiáng)了無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合調(diào)度能力。

結(jié)語

本文提出了基于能量均衡調(diào)度的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合方法。采用模糊信息融合方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼轉(zhuǎn)換控制，建立中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征可靠性融合模型，采用最短路由控制方法進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議設(shè)計，結(jié)合能量均衡調(diào)度方法實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合。實(shí)驗(yàn)測試得知，采用研究方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合處理，提高了節(jié)點(diǎn)輸出的穩(wěn)定性，降低了輸出能量開銷，增強(qiáng)了無線傳感網(wǎng)絡(luò)中繼節(jié)點(diǎn)屬性特征融合調(diào)度能力，實(shí)用性強(qiáng)。