无线传感网络节点调度优化方法

吕弘

摘要

无线传感器网络通过在检测区域部署的大量节点构成，每个单点能量都有限，并且不容易补充。所以，节约能耗，有效延长网络生存时间，是无线传感器网络算法设计的主要目的。网络覆盖控制属于无线传感器网络中的主要技术，利用节点休眠调度的手段，基于保证网络连通性及覆盖程度，根据相应的原则使节点轮替工作，能够降低节点能量消耗，使网络生存时间延长，从而实现网络覆盖的优化。本文对无线传感网络节点调度进行分析，提出无线传感网络节点调度优化的方法。

【关键词】无线传感网络 节点调度 优化

无线传感器网络能够有效实现数据收集量化、无线传输、处理融合，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优势，使其能够在国家安全、国防军事、环境检测中广泛使用。基于此，本文就将无线传感网络节点调度优化的方法作为研究对象进行分析。

1 网络节点模型

网络覆盖能够作为根据不同的地理位置传感器节点探测感知服务质量总度量，传感器覆盖模型属于此度量的基础，无线传感器网络覆盖问题研究和传感器节点覆盖模型具有密切的联系，其和不同类型传感器节点感知功能、应用需求等因素相关。充分考虑探测概率与目标节点距离的变化关系，实现网络节点模型的创建。

在边长Lm二维正方形区域Ω中随机部署N个传感器节点，并且假设部署传感器网络具备以下的性质：

（1）全部的节点都是使用概率覆盖模型;

（2）同构节点，全部节点的感知半径Rs和初始能量E0都相同;

（3）利用全向天线，不同节点能够和相邻的2Rs距离中的节点直接进行通信;

（4）不同节点具备唯一的标识ID，部署节点以后固定，节点位置信息能够利用GPS装置或其他的定位系统进行感知;

（5）全部節点都具备准备、活跃、准备休眠、休眠四种状态。

对传感器节点i的监控区域中任何一个点p感知强度s（i，p）定义成为：

其中d（i，p）指的是传感器节点i和点p的欧氏距离。β指的是感应信号衰弱的指标，一般无线电信号的β取值范围在2.0-5.0之间。在点p在节点s的地方，d（i，p）=0，这个时候的S（i，p）=1。

2 无线传感网络节点调度的优化方法

为了使节点调度算法中的每个子集节点都能够随机均匀的分布，对节点平均度概念度量网络稀疏性进行了定义。

节点邻居：指的是在节点通行区域中其他节点的数量;

节点平均度：指的是网络中节点邻居数量的期望值。

以概率论中几何概率定义为基础，WSN中节点在面积为a²的平面区域中概率：

其中的Rt指的是节点通信半径，那么随机选择节点具备t个邻居节点概率表示为：

网络平均度：指的是在任何一个时间中，只有一个子集中节点较为活跃，通过此活跃节点构成网络就是子网络，子网络中的节点邻居数量期望值也就是子网络平均度。

定义收集采样函数f△：△→V指的是区域D中有限采样集合△中无线传感器节点感知的数据。大量的环境科学都是使用空间数据及差值作为推测没有检测位置的环境指标、逼近物理指标在所有区域中分布的方法，比如最小二乘法、样条方法等。因为无线传感器网络资源限制，拟合算法计算复杂度及通信复杂度都要控制到一定程度中。所以，使用最小二乘法作为简单的拟合算法。

最小二乘拟合属于一种数学的优化技术，利用最小化函数值平方寻找一组数据最佳的拟合。在线性最小二乘拟合过程中，近似函数fD指的是一组基函数H=（h1，…，hk）线性组合：

tD=（x，y）=wihi（x，y）

使采样函数f△和奇函数集合H的求解优化问题就是确定西湖：

w=（w1，t，wk）^T

使均方根偏差RMSE为：

将其转化成为求解下列线性方程组：

Aw=b

此种线性方程组能够使用高斯削去法进行求解，求解的过程计算复杂度为O（k3），其中的k指的是系数个数。使用恰当选择k值使其能够比采样点数量△小，就能够得到感知丰富、紧致的描述，并且此消耗代价能够承受。

之后对优化节点调度方法的性能进行分析，对每个感知栅格层次能量消耗计算公式表示为：

在一个100*100的正方形区域中对气温状态进行检测，并且假设区域中的气温值在0-50度之间。将目标区域中的无线传感器节点创建三层感知栅格，。实现子区域的划分，每个区域中使用四个无线传感器节点实现感知任务执行。为了对问题简化，将感知和数据处理过程中的能量消耗进行忽略，只是对无线传感器网络中能耗比重主导通信部分进行考虑。不同感知栅格层次能耗有效性结果，和预计的符合，低分辨率感知上层的层次感知进度较低，能耗较少，表示多分辨率调度模型能够平衡感知精度和能量消耗。

3 结束语

传感器属于能够为人们提供拓展感知空间及实现环境监测控制的全新工具，其能够提供感知及计算能力，在不同领域中广泛使用。传感器网络是通过自组织方面构成网络，但是有限节点电源能量无法实现网络目标。所以，本文就实现了无线传感网络节点调度的优化，通过测试结果表示，此方法能够满足实际需求。

参考文献

[1]徐萍，曾兴斌，何加铭.能量有效的无线传感网络节点调度算法研究[J].宁波大学学报（理工版），2013（01）：28-32.

[2]苗丽媛.无线传感器网络节点调度算法研究与实现[D].南京邮电大学，2013.