基于最大生存周期的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法

摘要：針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)能量有限，且在進(jìn)行信息傳輸時存在數(shù)據(jù)沖突、傳輸延時等問題，提出并設(shè)計(jì)了基于最大生存周期的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法。該算法將整個網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分成多個簇，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)的傳輸范圍，將每個簇中的節(jié)點(diǎn)均勻分布，每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的本地信息和剩余能量選擇通信方式向簇頭節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，從而形成傳輸數(shù)據(jù)的最短路徑;并根據(jù)集中式TDMA(時分多址)調(diào)度模型，運(yùn)用基于微粒群的Pareto優(yōu)化方法，使得網(wǎng)絡(luò)在完成規(guī)定的信息傳輸時每個節(jié)點(diǎn)耗費(fèi)的平均時隙和平均能耗最優(yōu)。仿真結(jié)果表明，上述算法不但可以最大化網(wǎng)絡(luò)的生存時間，還可以有效的降低數(shù)據(jù)融合時間，減少網(wǎng)絡(luò)延時。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由分布在檢測區(qū)域內(nèi)大量的靜止或移動的傳感器組成，它們是通過自組織和多跳的方式形成的無線網(wǎng)絡(luò)，可以協(xié)作地感知、采集和處理檢測區(qū)內(nèi)的各種信息，并把信息傳送給用戶終端，是一種新興的信息獲取和處理技術(shù)。WSN可應(yīng)用于惡劣環(huán)境和無人環(huán)境下信息的采集和傳送，同時，它還具有布設(shè)靈活、成本低、范圍大等特點(diǎn)，日益受到人們的關(guān)注，是當(dāng)前國際備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，若各個節(jié)點(diǎn)在采集信息時，采用單獨(dú)傳送信息到匯聚節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)等待非匯聚節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的檢測信息進(jìn)行自動分析、融合，以完成所需要的估計(jì)任務(wù)和決策進(jìn)行的信息處理過程。

1.2 節(jié)點(diǎn)剩余能量的計(jì)算

假定節(jié)點(diǎn)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(diǎn)i存T1時刻的剩余能量可用公式(1)表示