無線傳感器梯度化路由表更新算法

牛一博

隨著無線傳感器網絡的普遍運用，無線傳感器網絡的研究也越來越被重視，路由問題是無線傳感器網絡中最值得研究的問題。路由問題可以描述為當目標運動到傳感器區(qū)域內，利用傳感器網絡偵測到目標，把目標位置傳遞給用戶用以檢索應用。本文運用協(xié)同路由技術，在路由信息處理上，選擇基于網格的序列貝葉斯濾波法。最后根據(jù)上述理論在Matlab平臺實現(xiàn)網格序列貝葉斯濾波的仿真，實現(xiàn)了動態(tài)簇網格貝葉斯濾波法定位。

一、緒論

集成了傳感器技術、微機電系統(tǒng)技術、無線通信技術和分布式信息處理技術的無線傳感器網絡是因特網從虛擬世界到物理世界的延伸。無線傳感器網絡最主要的功能和特征就是能夠結合邏輯信息世界與現(xiàn)實世界，使得人們與自然互動的方式進行相應的改變。

二、無線傳感器網絡梯度化路由問題研究

（一）路由問題的介紹

路由問題是用無線傳感器網絡探測、識別并路由進入監(jiān)測區(qū)域的移動目標。在無線傳感器網絡定位中，首先要對目標進行探測，在時限內選擇合適的算法確定目標狀態(tài)，并對目標狀態(tài)進行檢測、預測，并將相關信息通知給周圍節(jié)點或者Sink節(jié)點，多個節(jié)點協(xié)同工作共同實時確定目標。

（二）定位步驟

路由過程可以分為：探測、定位、建立運動方程與預測階段。探測階段是發(fā)現(xiàn)目標，此階段需要大量的信號處理計算。目標定位方法主要有貝葉斯估計法和卡爾曼濾波法，本文選用序列貝葉斯濾波法。建立運動方程是進行數(shù)據(jù)關聯(lián)的過程。預測階段是預測目標下幾個時刻的位置和速度等，據(jù)此進行任務資源分配。

（三）路由算法的性能指標

無線傳感器的功能和屬性對其實際的應用產生很大的影響，那么網絡性能的標準的應用評價體現(xiàn)在這些方面。

1.能量有效：網絡在對請求數(shù)量進行處理時需要擁有有效的能量。

2.網絡的壽命：從網絡的開發(fā)應用一直到最后用戶不能從其身上獲取到需要的信息位置這個過程中的時間。

3.時間延遲：發(fā)出請求到接收到應答信息所需要的時間。

4.魯棒性：網絡容錯性。

三、網格序列貝葉斯濾波實現(xiàn)定位

（一）貝葉斯估計法的介紹

貝葉斯定理的定義主要是隨機事件A和B的概率的關系表達為：

四、算法仿真

（一）仿真過程

利用二維數(shù)組存儲節(jié)點坐標。設置初始信任度為一個1×2的區(qū)域。根據(jù)最大移動速度為2米/秒，利用加法計算出的區(qū)域。根據(jù)節(jié)點門限值4，遍歷傳感器節(jié)點，當其與信任度距離小于4時，就將這個傳感器節(jié)點設為可工作節(jié)點。為了方便仿真，把已經選定為工作節(jié)點的傳輸距離進行排序，選測距離最近的兩個節(jié)點設置為主副節(jié)點。根據(jù)選定的主副節(jié)點測得與目標直接距離值確定各自節(jié)點的似然值，然后取其交集確定最后的似然值。

（二）仿真結果

以下是仿真結果和對結果的分析。圖1中圓點表示偵測區(qū)域內的傳感器節(jié)點，白色小叉表示目標的實際運動軌跡。

五、結語

本文研究了無限傳感器網絡各個節(jié)點協(xié)同定位的算法以及算法的仿真。針對上述研究引入了動態(tài)簇、基于網格序列貝葉斯濾波兩種算法。本文系統(tǒng)介紹了動態(tài)簇的建立和工作機制，詳細闡述了序列貝葉斯濾波的計算方法，以及利用網格法解決貝葉斯方法的閉合性的具體算法。最后本文描述了基于MATLAB平臺實現(xiàn)算法仿真的方法和仿真結果的分析。

作者單位：32238部隊信息系統(tǒng)運維室