低能耗和低時延的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法
加入技術(shù)交流群
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，若各個節(jié)點在采集信息時，采用單獨傳送信息到匯聚節(jié)點的方法，則會造成網(wǎng)絡(luò)過多能量的消耗和傳輸信息的頻繁沖突碰撞。因此，使用數(shù)據(jù)融合的方法來減少網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸?shù)目偭浚瑥亩_(dá)到節(jié)能和提高信息傳輸效率的目的。它不但可以采用一定的算法將傳感器節(jié)點采集到的大量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)內(nèi)處理，去除其中的冗余信息，而且還可以在融合前減少匯聚節(jié)點等待非匯聚節(jié)點信息
傳輸?shù)臅r間，減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)融合的延時時間。
1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合算法
1．1 數(shù)據(jù)融合概念的描述
在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)融合是在一定的準(zhǔn)則下對按時間順序獲得的若干傳感器節(jié)點的檢測信息進(jìn)行自動分析、融合，以完成所需要的估計任務(wù)和決策進(jìn)行的信息處理過程。
1．2 節(jié)點剩余能量的計算
假定節(jié)點的初始能量為Er，并且在T1時刻之前，網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行了n1次、n2次的信息發(fā)送和接收，則節(jié)點i存T1時刻的剩余能量可用公式(1)表示
2 低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法
2．1 節(jié)點數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
傳感器節(jié)點i需要維護(hù)的信息包括：1)簇頭節(jié)點Pi；2)節(jié)點的剩余能量標(biāo)志位Hi：設(shè)置能量閾值ST，若節(jié)點i剩余能量值為Si，當(dāng)SiST時，則置Hi=0，并通知鄰節(jié)點不再向i發(fā)送信息；否則置Hi=1，可以進(jìn)行下一次信息的接收或者發(fā)送。
2．2 算法描述
假設(shè)在檢測區(qū)域內(nèi)存在多個傳感器節(jié)點，我們將其分為多個簇。而后根據(jù)各個傳感器節(jié)點的傳輸距離，對每個簇內(nèi)的節(jié)點進(jìn)行均勻布置，如圖1所示。
首先，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點的自身信息來決定各個簇頭節(jié)點，而后由它們來啟動數(shù)據(jù)融合算法。由于網(wǎng)絡(luò)中各個簇頭節(jié)點的選取都取決于自身的信息，因而會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和每個節(jié)點的位置處于不斷變化之中，若選取幾個固定的節(jié)點勢必會造成較大時間延時和能量消耗。基于上述原因，為了保證每次選取的初始節(jié)點不同，應(yīng)該選擇距離基站最遠(yuǎn)的節(jié)點作為初始節(jié)點，由它們啟動融合算法，從而最短化簇頭節(jié)點到基站的距離，降低數(shù)據(jù)融合的延時和能耗，最大化網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
每個簇中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程為：首先，簇頭節(jié)點檢測自身的剩余能量Si，若Si>ST，置Hi=1，并向所有可到達(dá)的傳感器節(jié)點發(fā)布自己的位置信，否則簇頭節(jié)點廣播信息使得其他節(jié)點進(jìn)入休眠狀態(tài)。我們假設(shè)簇頭節(jié)點的剩余能量Si>ST，則簇頭節(jié)點向非簇頭節(jié)點廣播自己的位置信息，非簇頭節(jié)點i在接收到這一信息后，判斷自己到簇頭節(jié)點的最小跳數(shù)和距離其最近的節(jié)點i的剩余能量，若其剩余能量Si大于能量閥值ST，且到簇頭節(jié)點的跳數(shù)小于節(jié)點i到簇頭的跳數(shù)，則節(jié)點i選擇節(jié)點j作為父節(jié)點，并向父節(jié)點j發(fā)送加入請求，否則置Hj=0、Fj=0，告訴鄰近的節(jié)點不要再向j發(fā)送信息，并使自己進(jìn)入長期休眠狀態(tài)，而后節(jié)點i重復(fù)上述過程，直到選出父節(jié)點為止。
評論