無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合方法研究

邱 彬

(汕頭職業技術學院計算機系，廣東汕頭515078)

隨著無線傳感網絡中繼轉發技術的發展，采用該技術進行大規模數據的傳輸，能夠提高傳輸的可靠性。在進行無線傳感網絡中繼轉發與傳輸過程中，容易受到無線傳感網絡中繼節點物理特征的干擾，導致無線傳感網絡傳輸可靠性下降，因此為解決該問題，需要構建無線傳感網絡中繼節點屬性特征優化融合模型[1]。通過構建無線傳感網絡中繼節點屬性特征高負載傳輸信息模型，進行網絡中繼節點優化傳輸控制，以此提高網絡節點的輸出穩定性，因此相關的無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合方法研究受到人們的極大關注[2]。為提高無線傳感網絡傳輸的穩定性，提出基于能量均衡調度的無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合方法。構建中繼節點輸出信道模型，然后結合能量均衡調度方法實現無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合，通過仿真實驗驗證了該方法的優越性。

1 無線傳感網絡中繼信道模型及均衡設計

1.1 無線傳感網絡中繼節點信道模型

為了實現無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合，提高無線傳感網絡中繼傳輸的優化控制能力，首先構建無線傳感網絡中繼傳輸的信道模型，結合信息融合和優化控制方法進行無線傳感網絡中繼傳輸控制[3]，設有M個由中繼節點構成的無線傳感網絡中繼信道模型，得到無線傳感網絡中繼節點的輸出序列為x=[x(0),…,x(N-1)]，其中x(n)為無線傳感網絡中繼轉發的混合匯聚節點數據，0≤n≤N-1，則無線傳感網絡中繼節點屬性特征信息融合模型為：

(1)

其中，0≤k≤N-1表示無線傳感網絡中繼轉發的數據混合特征量。無線傳感網絡中繼節點屬性特征的比特序列x(n)經變換后，用X=DFT{x}表示無線傳感網絡中繼節點屬性特征的譜密度，采用頻譜特征分析方法，進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征的差異性調度和信息融合，假設無線傳感網絡中繼節點的特征屬性為t，無線傳感網絡中繼信道負載模型為：

(2)

式中，

(3)

ω(t)為無線傳感網絡中繼節點屬性特征量，ph(t)為無線傳感網絡中繼節點屬性特征的功率譜密度特征量，采用模糊信息融合方法，進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征偏移控制[4]，得到輸出穩態特征量為：

(4)

采用幀偏移分布式調度方法，進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征提取和信息融合，提高無線傳感網絡中繼節點屬性特征檢測能力。

1.2 無線傳感網絡中繼節點信道均衡設計

提取無線傳感網絡中繼節點屬性相關性特征量，采用模糊信息融合方法進行無線傳感網絡中繼轉換控制[5]，得到中繼節點的衰減特征量為：

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

(5)

采用最短路徑尋優方法，進行無線傳感網絡中繼節點的誤差控制，得到節點能量傳輸的均方誤差為ξ，表示如下：

(6)

結合模糊度檢測方法，得到無線傳感網絡中繼節點的自適應調度模型，描述如下：

當f(xid(t-1))-μd<-Th：

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

(7)

當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，進行無線傳感網絡中繼節點的自適應加權，得到加權函數：

(9)

2 中繼節點屬性特征融合優化

2.1 無線傳感網絡中繼節點屬性特征提取

采用能量均衡控制方法進行無線傳感網絡中繼節點的轉發控制，提取無線傳感網絡中繼節點輸出的屬性相關性特征量[7]，無線傳感網絡中繼節點的功率譜為：

(10)

采用能量均衡控制方法進行無線傳感網絡中繼節點的特征融合，用CIntrai(n)表示無線傳感網絡中繼節點i的尋優間隔，CInteri(n)表示節點i的信息熵，采用功率譜特征檢測方法，得到無線傳感網絡中繼節點的功率譜損失為：

(11)

采用頻譜控制方法，進行無線傳感網絡中繼節點的信號源擴展，表示為：

(12)

構建無線傳感網絡中繼節點屬性特征傳輸信道均衡調度模型[8]，得到中繼節點的能量衰減為：

(13)

(14)

采用頻譜波束形成方法進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征的負載增益控制[9]，得到中繼節點屬性特征的輸出碼元為：

(15)

其中：

(16)

(17)

綜上分析，提取無線傳感網絡中繼節點屬性特征量，結合傳感信息融合跟蹤識別方法，進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合[10]。

2.2 無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合

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

(18)

建立無線傳感網絡中繼節點屬性特征可靠性融合模型，采用最短路由控制方法進行無線傳感網絡中繼節點的路由協議設計，得到無線傳感網絡中繼節點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)分別為混合匯聚節點數據傳輸閾值函數，提取的無線傳感網絡中繼節點屬性特征空間分布特征量為：

(23)

其中，N為無線傳感網絡中繼節點屬性特征的長度，J為幀的頻率，結合模糊信息尋優方法，實現無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合。算法實現流程如圖1所示。

圖1 算法的實現流程

3 仿真測試分析

為了驗證本文提出的無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合方法的應用性能進行了仿真實驗。假設無線傳感網絡中繼節點的信息傳輸半徑為R=14m，Sink節點的位置坐標為(12，26)，中繼節點屬性特征采樣帶寬為Q=120Kbps，模糊調節系數為c1=10，c2=20，信道均衡濾波階數為16，自適應調節系數為μ1=μ2=0.56，關聯系數δ=0.8，根據上述仿真環境和參數設定，進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合，測試節點進行數據傳輸的成功率，得到結果如圖2所示。

圖2 節點傳輸成功率測試

分析圖2得知，研究方法能有效實現無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合，節點傳輸成功率較高，測試能量開銷，得到對比結果如圖3所示。

圖3 節點的能量開銷測試

分析圖3得知，利用該方法進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合處理，提高了節點輸出的穩定性，能量開銷較小，降低了輸出誤碼率，增強了無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合調度能力。

結語

本文提出了基于能量均衡調度的無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合方法。采用模糊信息融合方法進行無線傳感網絡中繼轉換控制，建立中繼節點屬性特征可靠性融合模型，采用最短路由控制方法進行中繼節點的路由協議設計，結合能量均衡調度方法實現無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合。實驗測試得知，采用研究方法進行無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合處理，提高了節點輸出的穩定性，降低了輸出能量開銷，增強了無線傳感網絡中繼節點屬性特征融合調度能力，實用性強。