專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)lms分布式檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及分布式參數(shù)估計和分布式檢測方法，具體是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)LMS分布式檢測方法，該方法用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式數(shù)據(jù)檢測。在不降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式檢測性能的前提下，能夠節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗、降低網(wǎng)絡(luò)通信量、延長節(jié)點(diǎn)使用壽命。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息。當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行于惡劣的通信條件時，許多工作變得更具挑戰(zhàn)性，特別是考慮到WSN具有電池驅(qū)動、有限帶寬等可用資源的受限條件時，節(jié)約能耗和通信量技術(shù)指標(biāo)就是WSN的重要因素。在這些方面所做的工作主要有:基于分布式算法的參數(shù)和信號估計，節(jié)點(diǎn)參數(shù)的同步數(shù)據(jù)更新、快收斂分布式算法、傳感器數(shù)據(jù)篩選利用機(jī)制等。采用分布式處理機(jī)制的WSN可以依賴網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)估計和信號處理；分布式處理利用本地網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行估計，最終多節(jié)點(diǎn)聯(lián)合估計得到全局估計值，進(jìn)而充分利用空間相關(guān)特性最大化提升估計性能。目前基于傳播策略的分布式LMS檢測方法，不需要數(shù)據(jù)融合中心，各節(jié)點(diǎn)只與單跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信并各自進(jìn)行參數(shù)估計，就可以實(shí)現(xiàn)在允許的均方誤差范圍內(nèi)，使節(jié)點(diǎn)的估計向期望結(jié)果收斂。這種分布式LMS檢測方法與需要數(shù)據(jù)融合中心的集中式處理方法相比，當(dāng)節(jié)點(diǎn)和鏈路錯誤時穩(wěn)健性更好，另外具有更低的通信量和能耗。但是它依然存在如下可改進(jìn)和可優(yōu)化的環(huán)節(jié):I)由于基于傳播策略的分布式LMS檢測方法在全網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行參數(shù)估計，這樣所有節(jié)點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)和估計信息可以最大限度的利用，但是在信息采集環(huán)節(jié)，由于各個節(jié)點(diǎn)均與周圍單跳鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，所以通信量較大。特別是網(wǎng)絡(luò)龐大、節(jié)點(diǎn)個數(shù)很多時，網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷會更大，一方面很容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通信阻塞，另一方面當(dāng)數(shù)據(jù)通信不暢時會影響算法收斂速度，而且在全網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點(diǎn)分別進(jìn)行參數(shù)估計的方法運(yùn)算量和通信量大，進(jìn)而縮短節(jié)點(diǎn)壽命。2)基于傳播策略的分布式LMS檢測方法中，在權(quán)值擴(kuò)散環(huán)節(jié)，由于在各個節(jié)點(diǎn)分別向鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行權(quán)估計值的擴(kuò)散，此過程在網(wǎng)絡(luò)龐大、節(jié)點(diǎn)個數(shù)很多時，也給網(wǎng)絡(luò)帶來巨大通信負(fù)擔(dān)，同時降低節(jié)點(diǎn)的使用壽命。3)實(shí)時性方面，此基于傳播策略的分布式LMS檢測方法可以自適應(yīng)進(jìn)行，在檢測判決環(huán)節(jié)，每一節(jié)點(diǎn)在獲得新的測量數(shù)據(jù)后，利用此數(shù)據(jù)在當(dāng)前時刻立即得到新的結(jié)果，實(shí)時性好。但是在網(wǎng)絡(luò)龐大、節(jié)點(diǎn)個數(shù)多時，由于上述I)、2)兩個方面給網(wǎng)絡(luò)造成的通信負(fù)擔(dān)，使信息不能及時傳遞，造成基于傳播策略的分布式LMS檢測方法中的算法不能快速收斂，實(shí)時性不能充分體現(xiàn)。綜上所述，原有算法在信息采集環(huán)節(jié)、權(quán)值擴(kuò)散環(huán)節(jié)在網(wǎng)絡(luò)龐大、節(jié)點(diǎn)個數(shù)多時，會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)通信阻塞、節(jié)點(diǎn)運(yùn)算量大、節(jié)點(diǎn)能耗高等缺點(diǎn)，進(jìn)而會在檢測判決環(huán)節(jié)會因?yàn)樾畔⑼ㄐ挪涣鲿呈剐畔⒉荒芗皶r傳遞或信息丟失，造成分布式LMS檢測算法不能快速收斂等缺點(diǎn)。以上的缺陷，限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能提高，導(dǎo)致能耗增加，生命周期縮短和網(wǎng)絡(luò)延遲增大，從而影響了基于傳播策略的分布式LMS檢測方法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)LMS (least-mean squares,最小均方算法)分布式檢測方法,或者說是一種基于橋節(jié)點(diǎn)傳播策略的分布式LMS檢測方法，該方法以避免不必要的網(wǎng)絡(luò)信息交互和節(jié)點(diǎn)運(yùn)算量，進(jìn)而減少能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期和降低網(wǎng)絡(luò)延遲，以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的算法收斂性和傳輸性能。本發(fā)明是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)LMS分布式檢測方法，其特征在于:包括如下步驟:步驟I在歸一化寬度為I的矩形平面區(qū)域內(nèi)隨機(jī)撒布N個同構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)兩個節(jié)點(diǎn)的歸一化通信距離最大為r，確定此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。步驟2根據(jù)此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的橋節(jié)點(diǎn)集合，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)要么在當(dāng)前橋節(jié)點(diǎn)集合中，要么是橋節(jié)點(diǎn)集合的鄰居節(jié)點(diǎn)。步驟3對于所有橋節(jié)點(diǎn)k = I，...，B (橋節(jié)點(diǎn)集合由B個橋節(jié)點(diǎn)構(gòu)成)，設(shè)置橋節(jié)點(diǎn)k在i = -1時刻的分布式LMS權(quán)值Wn = 0，進(jìn)行完初始化過程后網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)各自在i > O時刻周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，i`為整數(shù)，并將所測量數(shù)據(jù)發(fā)送給周圍鄰居橋節(jié)點(diǎn)，當(dāng)每一橋節(jié)點(diǎn)通過自身或周圍鄰居節(jié)點(diǎn)獲得新的測量數(shù)據(jù)后，自動啟動增量更新計算，自適應(yīng)地在當(dāng)前時刻立即得到新的分布式LMS增量更新權(quán)值:
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)LMS分布式檢測方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟I在歸一化寬度為I的矩形平面區(qū)域內(nèi)隨機(jī)撒布N個同構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，假設(shè)兩個節(jié)點(diǎn)的歸一化通信距離最大為r，確定此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 步驟2根據(jù)此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的橋節(jié)點(diǎn)集合，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)要么在當(dāng)前橋節(jié)點(diǎn)集合中，要么是橋節(jié)點(diǎn)集合的鄰居節(jié)點(diǎn)； 步驟3對于所有橋節(jié)點(diǎn)k = 1，...，B，設(shè)置橋節(jié)點(diǎn)k在i = -1時刻的分布式LMS權(quán)值Wk^1 = O，然后網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)各自在i > O時刻周期性地進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，并將所測量數(shù)據(jù)發(fā)送給周圍鄰居橋節(jié)點(diǎn)，當(dāng)每一橋節(jié)點(diǎn)通過自身或周圍鄰居節(jié)點(diǎn)獲得新的測量數(shù)據(jù)后，自動啟動增量更新計算，自適應(yīng)地在當(dāng)前時刻立即得到新的分布式LMS增量更新權(quán)值％，,:
2.如權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)LMS分布式檢測方法，其特征在于:步驟6分布式LMS檢測判決過程: 步驟6.1確定檢測判決公式: 對每一個橋節(jié)點(diǎn)k，計算檢測統(tǒng)計量Tk,i = Re {V swk,J，其中ws為某已知信號元素，式中w, s上標(biāo)符號'表示共軛轉(zhuǎn)置，并執(zhí)行如下判決
全文摘要
本發(fā)明公開一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能傳播自適應(yīng)LMS分布式檢測方法，將全網(wǎng)絡(luò)測量數(shù)據(jù)傳遞到橋網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分布式LMS權(quán)值計算，繼承了全網(wǎng)絡(luò)分布式LMS檢測算法的優(yōu)點(diǎn)；利用全網(wǎng)絡(luò)測量數(shù)據(jù)計算分布式LMS增量更新權(quán)值，保持與全網(wǎng)絡(luò)分布式LMS檢測等效的性能；在橋節(jié)點(diǎn)集合進(jìn)行信息擴(kuò)散，使傳播策略橋節(jié)點(diǎn)估計在允許的均方誤差范圍內(nèi)向期望結(jié)果收斂；各個橋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式LMS檢測判決，完成基于橋節(jié)點(diǎn)擴(kuò)散策略的分布式LMS檢測功能。本發(fā)明保證了算法的收斂速度，避免了以往全網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)散的不必要的網(wǎng)絡(luò)通信量，因此節(jié)約了節(jié)點(diǎn)能耗，降低了通信量和節(jié)點(diǎn)運(yùn)算量，延長了網(wǎng)絡(luò)使用壽命，有效降低網(wǎng)絡(luò)延遲，實(shí)時性好。
文檔編號H04W24/00GK103152751SQ20131005604
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者黃慶東, 盧光躍, 龐勝利, 包志強(qiáng) 申請人:西安郵電大學(xué)