无线传感网络中继节点属性特征融合方法研究

邱 彬

(汕头职业技术学院计算机系，广东汕头515078)

随着无线传感网络中继转发技术的发展，采用该技术进行大规模数据的传输，能够提高传输的可靠性。在进行无线传感网络中继转发与传输过程中，容易受到无线传感网络中继节点物理特征的干扰，导致无线传感网络传输可靠性下降，因此为解决该问题，需要构建无线传感网络中继节点属性特征优化融合模型[1]。通过构建无线传感网络中继节点属性特征高负载传输信息模型，进行网络中继节点优化传输控制，以此提高网络节点的输出稳定性，因此相关的无线传感网络中继节点属性特征融合方法研究受到人们的极大关注[2]。为提高无线传感网络传输的稳定性，提出基于能量均衡调度的无线传感网络中继节点属性特征融合方法。构建中继节点输出信道模型，然后结合能量均衡调度方法实现无线传感网络中继节点属性特征融合，通过仿真实验验证了该方法的优越性。

1 无线传感网络中继信道模型及均衡设计

1.1 无线传感网络中继节点信道模型

为了实现无线传感网络中继节点属性特征融合，提高无线传感网络中继传输的优化控制能力，首先构建无线传感网络中继传输的信道模型，结合信息融合和优化控制方法进行无线传感网络中继传输控制[3]，设有M个由中继节点构成的无线传感网络中继信道模型，得到无线传感网络中继节点的输出序列为x=[x(0),…,x(N-1)]，其中x(n)为无线传感网络中继转发的混合汇聚节点数据，0≤n≤N-1，则无线传感网络中继节点属性特征信息融合模型为：

(1)

其中，0≤k≤N-1表示无线传感网络中继转发的数据混合特征量。无线传感网络中继节点属性特征的比特序列x(n)经变换后，用X=DFT{x}表示无线传感网络中继节点属性特征的谱密度，采用频谱特征分析方法，进行无线传感网络中继节点属性特征的差异性调度和信息融合，假设无线传感网络中继节点的特征属性为t，无线传感网络中继信道负载模型为：

(2)

式中，

(3)

ω(t)为无线传感网络中继节点属性特征量，ph(t)为无线传感网络中继节点属性特征的功率谱密度特征量，采用模糊信息融合方法，进行无线传感网络中继节点属性特征偏移控制[4]，得到输出稳态特征量为：

(4)

采用帧偏移分布式调度方法，进行无线传感网络中继节点属性特征提取和信息融合，提高无线传感网络中继节点属性特征检测能力。

1.2 无线传感网络中继节点信道均衡设计

提取无线传感网络中继节点属性相关性特征量，采用模糊信息融合方法进行无线传感网络中继转换控制[5]，得到中继节点的衰减特征量为：

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

(5)

采用最短路径寻优方法，进行无线传感网络中继节点的误差控制，得到节点能量传输的均方误差为ξ，表示如下：

(6)

结合模糊度检测方法，得到无线传感网络中继节点的自适应调度模型，描述如下：

当f(xid(t-1))-μd<-Th：

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

(7)

当f(xid(t-1))-μd>Th：

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

(8)

采用分级控制方法，进行无线传感网络中继节点的自适应加权，得到加权函数：

(9)

2 中继节点属性特征融合优化

2.1 无线传感网络中继节点属性特征提取

采用能量均衡控制方法进行无线传感网络中继节点的转发控制，提取无线传感网络中继节点输出的属性相关性特征量[7]，无线传感网络中继节点的功率谱为：

(10)

采用能量均衡控制方法进行无线传感网络中继节点的特征融合，用CIntrai(n)表示无线传感网络中继节点i的寻优间隔，CInteri(n)表示节点i的信息熵，采用功率谱特征检测方法，得到无线传感网络中继节点的功率谱损失为：

(11)

采用频谱控制方法，进行无线传感网络中继节点的信号源扩展，表示为：

(12)

构建无线传感网络中继节点属性特征传输信道均衡调度模型[8]，得到中继节点的能量衰减为：

(13)

(14)

采用频谱波束形成方法进行无线传感网络中继节点属性特征的负载增益控制[9]，得到中继节点属性特征的输出码元为：

(15)

其中：

(16)

(17)

综上分析，提取无线传感网络中继节点属性特征量，结合传感信息融合跟踪识别方法，进行无线传感网络中继节点属性特征融合[10]。

2.2 无线传感网络中继节点属性特征融合

无线传感网络中继节点属性特征码元为x(k-1),…,x(k-M)，无线传感网络中继节点属性特征的分布相位为θ1(k)，采用特征融合方法，得到无线传感网络中继节点属性特征的测试集T(n)：

(18)

建立无线传感网络中继节点属性特征可靠性融合模型，采用最短路由控制方法进行无线传感网络中继节点的路由协议设计，得到无线传感网络中继节点均衡配置输出描述如下：

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)分别为混合汇聚节点数据传输阈值函数，提取的无线传感网络中继节点属性特征空间分布特征量为：

(23)

其中，N为无线传感网络中继节点属性特征的长度，J为帧的频率，结合模糊信息寻优方法，实现无线传感网络中继节点属性特征融合。算法实现流程如图1所示。

图1 算法的实现流程

3 仿真测试分析

为了验证本文提出的无线传感网络中继节点属性特征融合方法的应用性能进行了仿真实验。假设无线传感网络中继节点的信息传输半径为R=14m，Sink节点的位置坐标为(12，26)，中继节点属性特征采样带宽为Q=120Kbps，模糊调节系数为c1=10，c2=20，信道均衡滤波阶数为16，自适应调节系数为μ1=μ2=0.56，关联系数δ=0.8，根据上述仿真环境和参数设定，进行无线传感网络中继节点属性特征融合，测试节点进行数据传输的成功率，得到结果如图2所示。

图2 节点传输成功率测试

分析图2得知，研究方法能有效实现无线传感网络中继节点属性特征融合，节点传输成功率较高，测试能量开销，得到对比结果如图3所示。

图3 节点的能量开销测试

分析图3得知，利用该方法进行无线传感网络中继节点属性特征融合处理，提高了节点输出的稳定性，能量开销较小，降低了输出误码率，增强了无线传感网络中继节点属性特征融合调度能力。

结语

本文提出了基于能量均衡调度的无线传感网络中继节点属性特征融合方法。采用模糊信息融合方法进行无线传感网络中继转换控制，建立中继节点属性特征可靠性融合模型，采用最短路由控制方法进行中继节点的路由协议设计，结合能量均衡调度方法实现无线传感网络中继节点属性特征融合。实验测试得知，采用研究方法进行无线传感网络中继节点属性特征融合处理，提高了节点输出的稳定性，降低了输出能量开销，增强了无线传感网络中继节点属性特征融合调度能力，实用性强。