作者:   發(fā)布時(shí)間:2014/6/27 10:23:38   瀏覽次數(shù):2886

基于移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層融合

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能是采集各傳感器節(jié)點(diǎn)所在檢測(cè)區(qū)域的信息，日益廉價(jià)的傳感器使大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)成為可能，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)由電池供應(yīng)，在電池能量、計(jì)算能力和存儲(chǔ)容量方面有限制。因此，如何降低系統(tǒng)功耗一直是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵。而數(shù)據(jù)融合可以克服無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量約束，去除冗余信息，減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸量，提高數(shù)據(jù)的收集率，節(jié)省帶寬和能耗從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。
當(dāng)前，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合通常采用基于c/s（客戶／服務(wù)器）模式進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。在此模式下，存在著資源浪費(fèi)、負(fù)載不均衡、容錯(cuò)性和安全性差的缺陷。近年來，由于移動(dòng)的先進(jìn)性，基于移動(dòng)的方法被提出來以解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)收集和信息融合問題。
移動(dòng)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，但是大多停留在移動(dòng)Agem路由方面，并且局限在簇內(nèi)。黃守明，張紅莉在一種基于移動(dòng)Agem的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法中針對(duì)蔬菜大棚遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)提出了一種基于移動(dòng)代理的數(shù)據(jù)融合算法，但是沒有提出具體融合方案。李志宇、史浩山在一種基于網(wǎng)格和移動(dòng)代理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法提出一種將網(wǎng)格和移動(dòng)代理相結(jié)合的WSN數(shù)據(jù)融合算法，但是融合方法仍然是基于移動(dòng)代理路由優(yōu)化。王殊等提出了一種與移動(dòng)代理路由緊密結(jié)合的按分辨率并行量化交疊的數(shù)據(jù)融合算法-PQOR，并將其成功地運(yùn)用到目標(biāo)分類識(shí)別的應(yīng)用場(chǎng)景中。文中采用移動(dòng)代理進(jìn)行分層數(shù)據(jù)融合，每層采用不同的融合算法。
1基于移動(dòng)代理的數(shù)據(jù)融合總框架
一個(gè)基于移動(dòng)代理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過分簇之后，主要由基站節(jié)點(diǎn)、簇頭節(jié)點(diǎn)、成員節(jié)點(diǎn)組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)根據(jù)應(yīng)用需求將網(wǎng)絡(luò)初始化，當(dāng)需要采集數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建移動(dòng)代理到簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行融合，將融合結(jié)果返回簇頭節(jié)點(diǎn)。基站節(jié)點(diǎn)通過移動(dòng)代理將簇頭節(jié)點(diǎn)的融合數(shù)據(jù)采集會(huì)基站，根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)的處理。
在移動(dòng)代理遷移期間，根據(jù)之前設(shè)定好的路由信息決定下一跳節(jié)點(diǎn)的選擇。在遷移到下一跳節(jié)點(diǎn)時(shí)，需耍判斷下一跳是否為簇頭節(jié)點(diǎn)。如果是簇頭節(jié)點(diǎn)，則等待基站發(fā)出的移動(dòng)代理采集融合結(jié)果；如果不是簇頭節(jié)點(diǎn)，則遷移下一跳繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和融合操作。

基于移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層融合
2基本理論
首先給出幾個(gè)涉及到的基本概念： ．
(l)探測(cè)函數(shù)。溫濕度傳感器在所需監(jiān)測(cè)的區(qū)域內(nèi)，探測(cè)到溫濕度的強(qiáng)度信號(hào)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的探測(cè)結(jié)果是一個(gè)閉區(qū)間估
計(jì)，如探測(cè)到溫度是20 - 25℃，濕度是O- 100% RH．
(2)交疊函數(shù)。由移動(dòng)在簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)間的探測(cè)結(jié)果疊加起來構(gòu)成的階梯狀分段函數(shù)。
3分層融合策略
如果監(jiān)視和／或收集數(shù)據(jù)從一個(gè)相當(dāng)大的區(qū)域，許多傳感器節(jié)點(diǎn)必須部署。多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，更需要的是有效和高效的數(shù)據(jù)融合。通過對(duì)節(jié)點(diǎn)分簇，將節(jié)點(diǎn)分為：簇頭—簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)和基站—簇頭節(jié)點(diǎn)兩層，從而分別進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。
3.1簇頭—簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)融合
首先假設(shè)所探測(cè)的區(qū)域分為個(gè)簇，每個(gè)簇共節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)移動(dòng)．每一個(gè)移動(dòng)( MA。)在簇內(nèi)要采集完n個(gè)成員節(jié)點(diǎn)才能返回簇頭。探測(cè)閉區(qū)間值[A，B]覆蓋探測(cè)區(qū)域的所有結(jié)果。而探測(cè)結(jié)果的量化是根據(jù)溫濕度要求的精度進(jìn)行量化編碼的，移動(dòng)( MA．)在任一節(jié)點(diǎn)i處對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行量化編碼的序列再疊加到交疊函數(shù)Ω中。最后由sink節(jié)點(diǎn)發(fā)出的新移動(dòng)Agenl將簇頭內(nèi)的疊加結(jié)果在進(jìn)行索引編碼，將結(jié)果帶回sink節(jié)點(diǎn)。
(l)簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)攜帶按精度量化的部分集成的交疊函數(shù)的移動(dòng)到簇內(nèi)。對(duì)探測(cè)結(jié)果按精度進(jìn)行量化，精度為T。作為移動(dòng)離開簇頭節(jié)點(diǎn)所攜帶的部分集成交疊函數(shù)。
(2)移動(dòng)AgenI從簇頭出發(fā)把簇內(nèi)每個(gè)成員節(jié)點(diǎn)的探測(cè)結(jié)果按精度量化成編碼序列w，隨著移動(dòng)在簇內(nèi)的遷移把
量化的編碼序列累積到交疊函數(shù)中。若所有傳感器的探測(cè)結(jié)果為([A，B]，H)，H為特征信號(hào)的強(qiáng)度，[A，B]為整個(gè)區(qū)域內(nèi)目標(biāo)特征的閉區(qū)間估計(jì)。
(3)分布圖法不需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)還具有運(yùn)算量小等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以用于校準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)的后期處理，還可以將其應(yīng)用于測(cè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和控制中。
(4)將踢出奇異值的數(shù)據(jù)采用加權(quán)融合算法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，如式(6)：

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