宋磊
摘要 隨著微電子科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展,無線傳感系統(tǒng)在自然環(huán)境的檢測和調(diào)控應用較為廣泛,此系統(tǒng)中的傳感網(wǎng)絡節(jié)點通過收集環(huán)境信號,并經(jīng)過處理分析后利用通訊技術(shù)傳輸至融合系統(tǒng)進行系統(tǒng)決策。同時,能量收集技術(shù)在傳感網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)中得到了廣泛的應用,并具備收集能量單元,使得傳感網(wǎng)絡節(jié)點從檢測的環(huán)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(wǎng)絡節(jié)點調(diào)度優(yōu)化對于保持系統(tǒng)的總體性能也變得至關(guān)重要。在此對能量收集無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點檢測方式和模型、無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點能量調(diào)度方法以及傳感器相關(guān)參數(shù)估算進行了研究和優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】微電子科技 通訊技術(shù) 能量收集傳感網(wǎng)絡節(jié)點
隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展,目前無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)已經(jīng)得到了各行各業(yè)的關(guān)注。傳感器節(jié)點能自動檢測和感受周圍環(huán)境,收集環(huán)境信息并進行處理,進而通過無線網(wǎng)絡進行信息傳遞或傳送至用戶。此系統(tǒng)中的匯集節(jié)點主要作用在于將多個傳感器節(jié)點收集的信息進行匯集和處理,進而有助于用戶調(diào)控和管理無線傳感系統(tǒng)。
1 無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點檢測方式和模型研究
1.1 常用檢測方式研究
網(wǎng)絡傳感器節(jié)點的檢測是傳感器網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)應用的重要環(huán)節(jié),分散在生態(tài)環(huán)境中的網(wǎng)絡傳感器節(jié)點要求對收集收集到的信息進行判別,傳感器網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)會依據(jù)接收到的信號判斷檢測區(qū)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(yōu)化的判別規(guī)則,來降低噪音對檢測結(jié)果的影響。二元信息檢測方式是最常用和最簡便的網(wǎng)絡節(jié)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(jīng)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(xiàn)的2中情況;b0(s)、b1(s)分別指不同的的2個假設狀態(tài)下獲取信號的大小;m(s)代表環(huán)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(xiàn),相關(guān)的判別結(jié)果與假設情況會出現(xiàn)四個組合情況,即在實際情況下發(fā)生的為G1,判別結(jié)果與實際發(fā)生的結(jié)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Pa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(fā)生為G0,如果判別結(jié)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(jié)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(xiàn)的檢測信號作為判別結(jié)果,即如果:
2 無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點調(diào)度優(yōu)化方法研究
2.1 調(diào)度優(yōu)化方法研究
為了優(yōu)化無線網(wǎng)絡節(jié)點的調(diào)度,在此利用所求的問題構(gòu)成代價的無限Mko優(yōu)化流程,并采用優(yōu)化迭代或平均值迭代的方式求得結(jié)果。為了保證Mko的優(yōu)化流程順利進行,要求對離散化中出現(xiàn)的全部變量,包含網(wǎng)絡節(jié)點的電源電量、能量傳遞的損耗量及手機能量的多少。據(jù)統(tǒng)計分析可得,如果離散化降到最低時,通過優(yōu)化流程得出的方法是最為精確的。為了找到無線網(wǎng)絡節(jié)點調(diào)度優(yōu)化方法,將問題引入Mko優(yōu)化流程中并進行求解。首先要調(diào)節(jié)優(yōu)化系統(tǒng)至相對穩(wěn)定的狀態(tài),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(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳導。在實際操作過程中,要實現(xiàn)函數(shù)值的迭代,就需要采取相對迭代的方式求解優(yōu)化方法,并且其迭代方式具有相等的價值。
2.2 調(diào)度次優(yōu)化方法研究
2.3 仿真試驗結(jié)果研究
采用無線網(wǎng)絡節(jié)點調(diào)度的平均離散度j作為網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)的性能標準,并結(jié)合門限調(diào)度次優(yōu)化方法,使得Cm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(jié)果的研究可以發(fā)現(xiàn),兩種調(diào)度優(yōu)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(shù)關(guān)系,同時無限傳感網(wǎng)絡節(jié)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(guān)參數(shù)估算法研究
分散式檢測是無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。由于受到通訊以及能量消耗的制約作用,網(wǎng)絡節(jié)點可以對判定事件的發(fā)生,并將判定成果傳送至聚集點進行優(yōu)化。在實際操作過程中,由于無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點一般存在于極為復雜的環(huán)境中,發(fā)出的信號在傳遞中源會出現(xiàn)衰弱的問題,難以準確獲得無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點的監(jiān)測概率等標準參數(shù),從而影響到無限網(wǎng)絡節(jié)點的調(diào)度優(yōu)化。利用迭代估算法可以在任何情況,獲取相關(guān)無限傳感網(wǎng)絡幾點參數(shù)估算誤差的方式,進而優(yōu)化其在實際生活中的應用。
當聚集點判定發(fā)生事件的情況時,若發(fā)生,判定結(jié)果被用于無限傳感器的更新,而實際情況下并沒有發(fā)生此事件,所以估算的值在一定程度上會使得與準確值發(fā)生偏差。為了較小偏差值,在此使用另一種優(yōu)化方法,即在每個時刻無限傳感器網(wǎng)絡節(jié)點判定為1都作為判定統(tǒng)計數(shù)量,并將判定為1的數(shù)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(jié)果與此統(tǒng)計數(shù)量的比較值為l時,對于參數(shù)的估算值才會實施更新。采用無限網(wǎng)絡節(jié)點判定為1的統(tǒng)計數(shù)量作為判定成果的準確性指標,當無線網(wǎng)絡節(jié)點判定為1的數(shù)量逐漸增多時,一般能確定發(fā)生事件的幾率也逐漸增大。
3 結(jié)束語
在無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)中,檢測事件的發(fā)生是其重要的環(huán)節(jié)之一,并通過無限網(wǎng)絡節(jié)點收集環(huán)境信息數(shù)據(jù),處理完成后發(fā)送至網(wǎng)絡聚集點,最終由融合機制做出判定。為了解決網(wǎng)絡節(jié)點調(diào)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(wǎng)絡節(jié)點檢測方式、數(shù)學模型及調(diào)度優(yōu)化方法等進行研究并證明:無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點能劃分能量收集單元,并可以從環(huán)境中收集能量;同時利用調(diào)度優(yōu)化方法及次優(yōu)化方法,可以使得整個無限傳感網(wǎng)絡節(jié)點系統(tǒng)的檢測效果達到最佳狀態(tài)。
參考文獻
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