呂弘

摘要

無線傳感器網絡通過在檢測區域部署的大量節點構成，每個單點能量都有限，并且不容易補充。所以，節約能耗，有效延長網絡生存時間，是無線傳感器網絡算法設計的主要目的。網絡覆蓋控制屬于無線傳感器網絡中的主要技術，利用節點休眠調度的手段，基于保證網絡連通性及覆蓋程度，根據相應的原則使節點輪替工作，能夠降低節點能量消耗，使網絡生存時間延長，從而實現網絡覆蓋的優化。本文對無線傳感網絡節點調度進行分析，提出無線傳感網絡節點調度優化的方法。

【關鍵詞】無線傳感網絡 節點調度 優化

無線傳感器網絡能夠有效實現數據收集量化、無線傳輸、處理融合，其也是信息收集的革命。在部署方式、感知精度、投入成本等方面具有一定的優勢，使其能夠在國家安全、國防軍事、環境檢測中廣泛使用。基于此，本文就將無線傳感網絡節點調度優化的方法作為研究對象進行分析。

1 網絡節點模型

網絡覆蓋能夠作為根據不同的地理位置傳感器節點探測感知服務質量總度量，傳感器覆蓋模型屬于此度量的基礎，無線傳感器網絡覆蓋問題研究和傳感器節點覆蓋模型具有密切的聯系，其和不同類型傳感器節點感知功能、應用需求等因素相關。充分考慮探測概率與目標節點距離的變化關系，實現網絡節點模型的創建。

在邊長Lm二維正方形區域Ω中隨機部署N個傳感器節點，并且假設部署傳感器網絡具備以下的性質：

（1）全部的節點都是使用概率覆蓋模型;

（2）同構節點，全部節點的感知半徑Rs和初始能量E0都相同;

（3）利用全向天線，不同節點能夠和相鄰的2Rs距離中的節點直接進行通信;

（4）不同節點具備唯一的標識ID，部署節點以后固定，節點位置信息能夠利用GPS裝置或其他的定位系統進行感知;

（5）全部節點都具備準備、活躍、準備休眠、休眠四種狀態。

對傳感器節點i的監控區域中任何一個點p感知強度s（i，p）定義成為：

其中d（i，p）指的是傳感器節點i和點p的歐氏距離。β指的是感應信號衰弱的指標，一般無線電信號的β取值范圍在2.0-5.0之間。在點p在節點s的地方，d（i，p）=0，這個時候的S（i，p）=1。

2 無線傳感網絡節點調度的優化方法

為了使節點調度算法中的每個子集節點都能夠隨機均勻的分布，對節點平均度概念度量網絡稀疏性進行了定義。

節點鄰居：指的是在節點通行區域中其他節點的數量;

節點平均度：指的是網絡中節點鄰居數量的期望值。

以概率論中幾何概率定義為基礎，WSN中節點在面積為a²的平面區域中概率：

其中的Rt指的是節點通信半徑，那么隨機選擇節點具備t個鄰居節點概率表示為：

網絡平均度：指的是在任何一個時間中，只有一個子集中節點較為活躍，通過此活躍節點構成網絡就是子網絡，子網絡中的節點鄰居數量期望值也就是子網絡平均度。

定義收集采樣函數f△：△→V指的是區域D中有限采樣集合△中無線傳感器節點感知的數據。大量的環境科學都是使用空間數據及差值作為推測沒有檢測位置的環境指標、逼近物理指標在所有區域中分布的方法，比如最小二乘法、樣條方法等。因為無線傳感器網絡資源限制，擬合算法計算復雜度及通信復雜度都要控制到一定程度中。所以，使用最小二乘法作為簡單的擬合算法。

最小二乘擬合屬于一種數學的優化技術，利用最小化函數值平方尋找一組數據最佳的擬合。在線性最小二乘擬合過程中，近似函數fD指的是一組基函數H=（h1，…，hk）線性組合：

tD=（x，y）=wihi（x，y）

使采樣函數f△和奇函數集合H的求解優化問題就是確定西湖：

w=（w1，t，wk）^T

使均方根偏差RMSE為：

將其轉化成為求解下列線性方程組：

Aw=b

此種線性方程組能夠使用高斯削去法進行求解，求解的過程計算復雜度為O（k3），其中的k指的是系數個數。使用恰當選擇k值使其能夠比采樣點數量△小，就能夠得到感知豐富、緊致的描述，并且此消耗代價能夠承受。

之后對優化節點調度方法的性能進行分析，對每個感知柵格層次能量消耗計算公式表示為：

在一個100*100的正方形區域中對氣溫狀態進行檢測，并且假設區域中的氣溫值在0-50度之間。將目標區域中的無線傳感器節點創建三層感知柵格，。實現子區域的劃分，每個區域中使用四個無線傳感器節點實現感知任務執行。為了對問題簡化，將感知和數據處理過程中的能量消耗進行忽略，只是對無線傳感器網絡中能耗比重主導通信部分進行考慮。不同感知柵格層次能耗有效性結果，和預計的符合，低分辨率感知上層的層次感知進度較低，能耗較少，表示多分辨率調度模型能夠平衡感知精度和能量消耗。

3 結束語

傳感器屬于能夠為人們提供拓展感知空間及實現環境監測控制的全新工具，其能夠提供感知及計算能力，在不同領域中廣泛使用。傳感器網絡是通過自組織方面構成網絡，但是有限節點電源能量無法實現網絡目標。所以，本文就實現了無線傳感網絡節點調度的優化，通過測試結果表示，此方法能夠滿足實際需求。

參考文獻

[1]徐萍，曾興斌，何加銘.能量有效的無線傳感網絡節點調度算法研究[J].寧波大學學報（理工版），2013（01）：28-32.

[2]苗麗媛.無線傳感器網絡節點調度算法研究與實現[D].南京郵電大學，2013.