無限傳感網絡節點調度優化方法

宋磊

摘要 隨著微電子科技的不斷創新發展，無線傳感系統在自然環境的檢測和調控應用較為廣泛，此系統中的傳感網絡節點通過收集環境信號，并經過處理分析后利用通訊技術傳輸至融合系統進行系統決策。同時，能量收集技術在傳感網絡節點系統中得到了廣泛的應用，并具備收集能量單元，使得傳感網絡節點從檢測的環境中獲取自身運行所需要的能量。由于收集能量的不確定性，無限傳感網絡節點調度優化對于保持系統的總體性能也變得至關重要。在此對能量收集無限傳感網絡節點檢測方式和模型、無限傳感網絡節點能量調度方法以及傳感器相關參數估算進行了研究和優化。

【關鍵詞】微電子科技 通訊技術 能量收集傳感網絡節點

隨著現代網絡技術的迅速發展，目前無線傳感網絡系統已經得到了各行各業的關注。傳感器節點能自動檢測和感受周圍環境，收集環境信息并進行處理，進而通過無線網絡進行信息傳遞或傳送至用戶。此系統中的匯集節點主要作用在于將多個傳感器節點收集的信息進行匯集和處理，進而有助于用戶調控和管理無線傳感系統。

1 無限傳感網絡節點檢測方式和模型研究

1.1 常用檢測方式研究

網絡傳感器節點的檢測是傳感器網絡節點系統應用的重要環節，分散在生態環境中的網絡傳感器節點要求對收集收集到的信息進行判別，傳感器網絡節點系統會依據接收到的信號判斷檢測區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，需要設計優化的判別規則，來降低噪音對檢測結果的影響。二元信息檢測方式是最常用和最簡便的網絡節點檢測方式，在此方式中，一般只有2個假設，進而通過驗證方法檢驗假設的正確與否，經常采取下列方式進行檢測：

其中，t（s）指傳感器獲取信號的大小;G0、G1指不同的2個假設，即可能出現的2中情況;b0（s）、b1（s）分別指不同的的2個假設狀態下獲取信號的大小;m（s）代表環境中的噪音及干擾，s指獲取信號的時間。

利用二元檢測方式時，由于2個假設情況的出現，相關的判別結果與假設情況會出現四個組合情況，即在實際情況下發生的為G1，判別結果與實際發生的結果相同，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，在實際中發生為G0，如果判別結果為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，并且兩種幾率同時縮小。通過設計科學的二元假設判別準則進行錯誤幾率的縮小。

1.1.1 最大幾率判別準則

即選取最可能出現的檢測信號作為判別結果，即如果：

2 無限傳感網絡節點調度優化方法研究

2.1 調度優化方法研究

為了優化無線網絡節點的調度，在此利用所求的問題構成代價的無限Mko優化流程，并采用優化迭代或平均值迭代的方式求得結果。為了保證Mko的優化流程順利進行，要求對離散化中出現的全部變量，包含網絡節點的電源電量、能量傳遞的損耗量及手機能量的多少。據統計分析可得，如果離散化降到最低時，通過優化流程得出的方法是最為精確的。為了找到無線網絡節點調度優化方法，將問題引入Mko優化流程中并進行求解。首先要調節優化系統至相對穩定的狀態，同時假設無線傳感器在具體時刻下選擇性的傳遞能量，實現信息數據的傳導。在實際操作過程中，要實現函數值的迭代，就需要采取相對迭代的方式求解優化方法，并且其迭代方式具有相等的價值。

2.2 調度次優化方法研究

2.3 仿真試驗結果研究

采用無線網絡節點調度的平均離散度j作為網絡節點系統的性能標準，并結合門限調度次優化方法，使得C_{m的值為1，同時門限△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，通過對試驗結果的研究可以發現，兩種調度優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關系，同時無限傳感網絡節點可以儲存能量以及增加其收集和使用的能量。}

2.4 無限傳感器相關參數估算法研究

分散式檢測是無線傳感網絡節點系統的重要環節之一。由于受到通訊以及能量消耗的制約作用，網絡節點可以對判定事件的發生，并將判定成果傳送至聚集點進行優化。在實際操作過程中，由于無限傳感網絡節點一般存在于極為復雜的環境中，發出的信號在傳遞中源會出現衰弱的問題，難以準確獲得無限傳感網絡節點的監測概率等標準參數，從而影響到無限網絡節點的調度優化。利用迭代估算法可以在任何情況，獲取相關無限傳感網絡幾點參數估算誤差的方式，進而優化其在實際生活中的應用。

當聚集點判定發生事件的情況時，若發生，判定結果被用于無限傳感器的更新，而實際情況下并沒有發生此事件，所以估算的值在一定程度上會使得與準確值發生偏差。為了較小偏差值，在此使用另一種優化方法，即在每個時刻無限傳感器網絡節點判定為1都作為判定統計數量，并將判定為1的數量與設定好的門限形成比較，若其較大時，而且采取融合決定方法判定的結果與此統計數量的比較值為l時，對于參數的估算值才會實施更新。采用無限網絡節點判定為1的統計數量作為判定成果的準確性指標，當無線網絡節點判定為1的數量逐漸增多時，一般能確定發生事件的幾率也逐漸增大。

3 結束語

在無線傳感網絡節點系統中，檢測事件的發生是其重要的環節之一，并通過無限網絡節點收集環境信息數據，處理完成后發送至網絡聚集點，最終由融合機制做出判定。為了解決網絡節點調度的復雜過程和有限的電池容量等問題，問題的復雜性和電池電量的有限性，通過無限傳感網絡節點檢測方式、數學模型及調度優化方法等進行研究并證明：無限傳感網絡節點能劃分能量收集單元，并可以從環境中收集能量;同時利用調度優化方法及次優化方法，可以使得整個無限傳感網絡節點系統的檢測效果達到最佳狀態。

參考文獻

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