一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息勢(shì)域的方法和系統(tǒng)。其中所述方法包括以下步驟：為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息強(qiáng)度值；從多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié)點(diǎn)組成骨干網(wǎng)絡(luò)，并且在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止，從而確定每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；根據(jù)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，采用拉格朗日插值法和雙線性插值法，分布式地計(jì)算傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行多次雅克比迭代，直到傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息勢(shì)域光滑處理，從而獲得光滑的信息勢(shì)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由和導(dǎo)航【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及分布式迭代技術(shù)，并且 具體涉及是一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的方法和系統(tǒng)，可應(yīng)用于小規(guī)模 及大規(guī)模的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信息勢(shì)域的構(gòu)建。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要應(yīng)用是協(xié)助動(dòng)態(tài)環(huán)境中的信息識(shí)別和導(dǎo)航，包 括將查詢(xún)或數(shù)據(jù)包導(dǎo)航到源點(diǎn)。源點(diǎn)是指檢測(cè)到感興趣事件的傳感器節(jié)點(diǎn)。隨著傳感器感 測(cè)能力的成熟，越來(lái)越多的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在自然環(huán)境中用于生態(tài)監(jiān)控。在這種傳感 器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多的大規(guī)模無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，基于本地節(jié)點(diǎn)的信息通過(guò)貪心決策來(lái)實(shí)現(xiàn)全 局目標(biāo)的分布式算法受到越來(lái)越多的青睞。
[0003] -種滿(mǎn)足上述要求的分布式策略是基于信息梯度的信息驅(qū)動(dòng)的路由協(xié)議。 Mabrouki 等人在 ValueTools'07 會(huì)議上發(fā)表的 "Random walk based routing protocol for wireless sensor networks"提出了一種模仿自然界中的光和熱的傳播過(guò)程的信息梯 度，然而這種遵照自然規(guī)則構(gòu)建的信息梯度不能提供理想的導(dǎo)航，由于該信息梯度存在局 部極值點(diǎn)和平坦區(qū)域會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)游走。局部極值點(diǎn)是指信息強(qiáng)度值高于所有鄰居節(jié)點(diǎn)的信 息強(qiáng)度值的非源節(jié)點(diǎn)。
[0004] Han 等人在 2004 年的 Vehicular Technology 會(huì)議上發(fā)表的 "A novel gradient approach for efficient data dissemination in wireless sensor networks，'中提出根 據(jù)節(jié)點(diǎn)間的跳數(shù)距離構(gòu)建信息梯度，然而，在這種模式下當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儠r(shí)需要頻繁地洪 范消息來(lái)保證信息梯度的精確性。
[0005] 為解決上述問(wèn)題，Lin等人在IPSN'08會(huì)議上發(fā)表的"Composable information gradients in wireless sensor networks"中引入了一種無(wú)局部極值的人工信息梯度。 他們提出的信息梯度模式是通過(guò)求解調(diào)和函數(shù)得到信息勢(shì)域。優(yōu)選地，首先初始化邊界點(diǎn) (網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)）以及源點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，然后通過(guò)執(zhí)行雅克比迭代得到網(wǎng)絡(luò)中其它節(jié)點(diǎn) (非邊界點(diǎn)及非源點(diǎn)）的信息強(qiáng)度值。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)持有一個(gè)穩(wěn)定的信息強(qiáng)度值 從而形成一個(gè)信息勢(shì)域，該信息勢(shì)域代表了用戶(hù)感興趣的事件從源點(diǎn)向四周擴(kuò)散的強(qiáng)度。 基于該人工信息勢(shì)域，用戶(hù)只需沿著信息勢(shì)的上升方向即可到達(dá)源點(diǎn)位置。然而他們提出 的構(gòu)建信息勢(shì)域的方法存在收斂速度慢、能耗大的問(wèn)題。而且在傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多的大 范圍網(wǎng)絡(luò)中，很難兼顧迭代能耗及信息勢(shì)域的質(zhì)量，如果選擇松弛的收斂條件網(wǎng)絡(luò)可能出 現(xiàn)不收斂的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò) 的信息勢(shì)域的方法和系統(tǒng)，有效地降低迭代次數(shù)以及能量消耗，并且在大規(guī)模的和動(dòng)態(tài)網(wǎng) 絡(luò)中保持信息勢(shì)域的支持本地貪心路由的特性。優(yōu)選地，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)是指在傳感器網(wǎng)絡(luò)中源 點(diǎn)的出現(xiàn)和消失是一種動(dòng)態(tài)的隨機(jī)過(guò)程。
[0007] 本發(fā)明中的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)長(zhǎng)為1寬為h的2維矩形區(qū)域，傳感器節(jié)點(diǎn)均勻地分布在 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，形成一個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌W(wǎng)絡(luò)包括邊界節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部節(jié)點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)可建 模為一個(gè)無(wú)向圖，每個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)都有4個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)有2或3個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)。
[0008] 為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提出一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器 網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的方法，其中所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn) 之間采用分層的網(wǎng)格狀連接方式進(jìn)行連接，所述方法包括以下步驟：
[0009] (1)為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息強(qiáng)度值；
[0010] (2)從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié)點(diǎn)組成 骨干網(wǎng)絡(luò)，并且在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止，從而確定每個(gè)骨干 節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；
[0011] (3)根據(jù)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，采用拉格朗日插值法和雙線性插值法，分布式地 計(jì)算傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；
[0012] 其中普通傳感器節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了骨干節(jié)點(diǎn)、源傳感器節(jié)點(diǎn)以及邊界傳感 器節(jié)點(diǎn)以外的其它傳感器節(jié)點(diǎn)，其中源傳感器節(jié)點(diǎn)是感測(cè)到感興趣事件的傳感器節(jié)點(diǎn)，邊 界傳感器節(jié)點(diǎn)是指位于傳感器網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0013] (4)在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行雅克比迭代，直到傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂為止，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器 網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域進(jìn)行光滑處理，從而獲得光滑的信息勢(shì)域。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的系 統(tǒng)，其中所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用分層的網(wǎng)格 狀連接方式進(jìn)行連接，所述系統(tǒng)包括：
[0015] 強(qiáng)度值設(shè)置單元，為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息強(qiáng)度值；
[0016] 骨干節(jié)點(diǎn)選擇單元，從多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)，由骨 干節(jié)點(diǎn)組成骨干網(wǎng)絡(luò)；
[0017] 信息強(qiáng)度值計(jì)算單元，在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止，從 而確定每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；并且根據(jù)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，采用拉格朗日插值 法和雙線性插值法，分布式地計(jì)算傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；其中普 通傳感器節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了骨干節(jié)點(diǎn)、源傳感器節(jié)點(diǎn)以及邊界傳感器節(jié)點(diǎn)以外的其 它傳感器節(jié)點(diǎn)，其中源傳感器節(jié)點(diǎn)是感測(cè)到感興趣事件的傳感器節(jié)點(diǎn)，邊界傳感器節(jié)點(diǎn)是 指位于傳感器網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感器節(jié)點(diǎn)；
[0018] 信息勢(shì)域生成單元，在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行雅克比迭代，直到傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂為止， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域進(jìn)行光滑處理，從而獲得光滑的信息勢(shì)域。
[0019] 優(yōu)選地，可以由信息強(qiáng)度值計(jì)算單元在在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行雅克比迭代，直到傳 感器網(wǎng)絡(luò)收斂為止，并且由信息勢(shì)域生成單元生成光滑的信息勢(shì)域并輸出給用戶(hù)。
[0020] 優(yōu)選地，本發(fā)明的基于骨干節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)構(gòu)建信息勢(shì)域的方法包括：
[0021] (1)初始化設(shè)置所有節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值。源點(diǎn)的信息強(qiáng)度值固定為最大值強(qiáng)度 值φ_ = 100,邊界節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值固定為0,其他內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的初始化信息強(qiáng)度值設(shè)為 Φ°(ιι) =0.1。源點(diǎn)是指感測(cè)到感興趣事件的傳感器節(jié)點(diǎn)，邊界節(jié)點(diǎn)是指位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的 傳感器節(jié)點(diǎn)。
[0022] (2)在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂，具體包括：
[0023] 2a)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)逐層選取節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)。首先將源點(diǎn)選為骨干節(jié)點(diǎn)，然 后將源點(diǎn)四周的相隔2跳的4個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)，再分別由該4個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)在四周相 隔2跳的位置選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)，直到最后一層骨干節(jié)點(diǎn)到達(dá)網(wǎng)絡(luò)邊界，所有的 骨干節(jié)點(diǎn)形成一個(gè)骨干網(wǎng)絡(luò)。
[0024] 2b)從源點(diǎn)的四個(gè)鄰居骨干節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐層向外執(zhí)行雅克比迭代。每個(gè) 骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值〇 k(u)，分布式地執(zhí)行雅克比迭代

【權(quán)利要求】
1. 一種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的方法，其中所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用分層的網(wǎng)格狀連接方式進(jìn)行連接，所述方法 包括以下步驟： (1) 為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息強(qiáng)度值； (2) 從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié)點(diǎn)組成骨干 網(wǎng)絡(luò)，并且在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止，從而確定每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn) 的信息強(qiáng)度值； (3) 根據(jù)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，采用拉格朗日插值法和雙線性插值法，分布式地計(jì)算 傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值； 其中普通傳感器節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了骨干節(jié)點(diǎn)、源傳感器節(jié)點(diǎn)以及邊界傳感器節(jié) 點(diǎn)以外的其它傳感器節(jié)點(diǎn)，其中源傳感器節(jié)點(diǎn)是感測(cè)到感興趣事件的傳感器節(jié)點(diǎn)，邊界傳 感器節(jié)點(diǎn)是指位于傳感器網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感器節(jié)點(diǎn)； (4) 在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行雅克比迭代，直到傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂為止，以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò) 的信息勢(shì)域進(jìn)行光滑處理，從而獲得光滑的信息勢(shì)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息 強(qiáng)度值包括： 將源傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值設(shè)置為信息強(qiáng)度值的最大值φ_ = 100,將邊界傳感器 節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值設(shè)置為0,并且將除源傳感器節(jié)點(diǎn)和邊界傳感器節(jié)點(diǎn)之外的其他傳感器 節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值初始化設(shè)置為Φ°(11) = 0. 1 ; 其中從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)：在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中均勻地選擇多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 從所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié)點(diǎn)組成骨干網(wǎng)絡(luò) 包括： 在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)逐層選取傳感器節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)，具體包括： 首先，將源傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)， 然后將與源傳感器節(jié)點(diǎn)相隔2跳的4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)， 再分別由所選的4個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)分別將與其各自相隔2跳的4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干 節(jié)點(diǎn)，直到最后一層骨干節(jié)點(diǎn)到達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)的邊界， 最后將邊界傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)；以及 將所有骨干節(jié)點(diǎn)形成骨干網(wǎng)絡(luò)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中 所述在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止，從而確定每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的 信息強(qiáng)度值包括： 在骨干網(wǎng)絡(luò)中，從源傳感器節(jié)點(diǎn)的四個(gè)鄰居骨干節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐層向外執(zhí)行雅克比迭代， 其中執(zhí)行雅克比迭代包括：每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，分布式 地執(zhí)行雅克比迭代 從而計(jì)算新的信息強(qiáng)度值Ck+1 (U)，其N(xiāo)(u)是骨干節(jié)點(diǎn)u的所有鄰居骨干節(jié)點(diǎn)的集合， d(u)是骨干節(jié)點(diǎn)u的度數(shù)，其中d(u) = 4 ;如果新的信息強(qiáng)度值〇k+1(u)與上一次計(jì)算的 信息強(qiáng)度值〇k(u)的差值小于閾值，則不執(zhí)行本次雅克比迭代； 其中，源傳感器節(jié)點(diǎn)和邊界傳感器節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行雅克比迭代； 其中每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行雅克比迭代的過(guò)程中，對(duì)信息強(qiáng)度值進(jìn)行保存或刪除，將骨 干節(jié)點(diǎn)的每m個(gè)歷史信息強(qiáng)度值作為一組進(jìn)行保存，其中每個(gè)組形成一個(gè)數(shù)據(jù)序列以= {Φη，Φ?2 L Φ?π}，其中m=10，i是大于等于1的自然數(shù)，其中每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)基于數(shù)據(jù)序 列Di采用三次樣條插值法計(jì)算序列的極限值〇 m+1，并使用〇m+1替代骨干節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息 強(qiáng)度值，清空骨干節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存；并且繼續(xù)執(zhí)行雅克比迭代，直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止； 其中骨干網(wǎng)絡(luò)收斂的條件是骨干網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有需要執(zhí)行雅克比迭代的骨干節(jié)點(diǎn)，包括： 每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)u基于鄰居骨干節(jié)點(diǎn)上一次的信息強(qiáng)度值〇k(u)，與采用雅克比迭代計(jì)算得 到新的信息強(qiáng)度值〇 k+1(u)的差值小于閾值時(shí)，該骨干節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行迭代，即當(dāng)滿(mǎn)足 (Vw) | ΦΑ+Ι (?/)-Φ" (u) \< {ΦΑ+, (?/),ΦΑ，(u)} 時(shí)，則雅克比迭代終止；其中ε =0.01%并且k為自然數(shù)； 其中在整個(gè)迭代過(guò)程中源傳感器點(diǎn)和邊界傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值固定不變，不執(zhí)行 雅克比迭代； 其中如果在執(zhí)行一組雅克比迭代時(shí)，骨干網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)收斂，則不用執(zhí)行其余組雅克比迭 代； 其中每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)利用本地歷史信息強(qiáng)度值，分析數(shù)據(jù)集D= {ΦρΦ2 L Φπ}中信息 強(qiáng)度值的變化規(guī)律； 對(duì)于數(shù)據(jù)集Di = {Φη，Φ12?Φ1π}，用（m-1)段三次多項(xiàng)式在m個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間構(gòu)建三次 樣條，采用三次樣條插值法計(jì)算序列Di的極限值〇m+1，并使用〇m+1替代該骨干節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前 信息強(qiáng)度值，清空該骨干節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存； 其中m為大于1的自然數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中 傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂的條件是傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點(diǎn)不需要執(zhí)行雅克比迭代，其 中傳感器節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行迭代的條件是該傳感器節(jié)點(diǎn)采用雅克比迭代式計(jì)算的新信息強(qiáng)度值 〇k+1(u)與舊值Φ?的差值小于閾值，貝1J繼續(xù)使用舊值，不執(zhí)行本次迭代；其中整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 收斂的條件為 (Vw) | Φ々+1 (Μ)-Φλ (W) |< {Φ々 + 1 (Μ),Φ々⑷} 其中 ε = 〇· 01% ; 其中，光滑的信息勢(shì)域是不存在局部極值點(diǎn)且不存在平坦區(qū)域的信息勢(shì)域，局部極值 點(diǎn)是指?jìng)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)中存在所具有的信息強(qiáng)度值大于所有鄰居節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值的非源傳 感器節(jié)點(diǎn)；平坦區(qū)域是指?jìng)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)或兩個(gè)以上傳感器節(jié)點(diǎn)具有相等的信息強(qiáng)度 值。
6. -種基于骨干節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域的系統(tǒng)，其中所述傳感器網(wǎng)絡(luò)包括多 個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間采用分層的網(wǎng)格狀連接方式進(jìn)行連接，所述系統(tǒng) 包括： 強(qiáng)度值設(shè)置單元，為傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置信息強(qiáng)度值； 骨干節(jié)點(diǎn)選擇單元，從多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中選擇傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)，由骨干節(jié) 點(diǎn)組成骨干網(wǎng)絡(luò)； 信息強(qiáng)度值計(jì)算單元，在骨干網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行雅克比迭代直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止，從而確 定每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；并且根據(jù)骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，采用拉格朗日插值法和 雙線性插值法，分布式地計(jì)算傳感器網(wǎng)絡(luò)中的普通傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值；其中普通傳 感器節(jié)點(diǎn)是傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了骨干節(jié)點(diǎn)、源傳感器節(jié)點(diǎn)以及邊界傳感器節(jié)點(diǎn)以外的其它傳 感器節(jié)點(diǎn)，其中源傳感器節(jié)點(diǎn)是感測(cè)到感興趣事件的傳感器節(jié)點(diǎn)，邊界傳感器節(jié)點(diǎn)是指位 于傳感器網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感器節(jié)點(diǎn)； 信息勢(shì)域生成單元，在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行雅克比迭代，直到傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂為止，以實(shí) 現(xiàn)對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息勢(shì)域進(jìn)行光滑處理，從而獲得光滑的信息勢(shì)域。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述強(qiáng)度值設(shè)置單元還進(jìn)行： 將源傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值設(shè)置為信息強(qiáng)度值的最大值Φ_ = 100,將邊界傳感器 節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值設(shè)置為〇,并且將除源傳感器節(jié)點(diǎn)和邊界傳感器節(jié)點(diǎn)以外的其他傳感器 節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值初始化設(shè)置為Φ°(ιι) = 0. 1 ;其中在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中 均勻地選擇多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以作為骨干節(jié)點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述骨干節(jié)點(diǎn)選擇單元還進(jìn)行： 在傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)逐層選取傳感器節(jié)點(diǎn)作為骨干節(jié)點(diǎn)，具體包括： 將源傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)， 將與源傳感器節(jié)點(diǎn)相隔2跳的4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)， 分別由所選的4個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)分別將與其各自相隔2跳的4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié) 點(diǎn)，直到最后一層骨干節(jié)點(diǎn)到達(dá)傳感器網(wǎng)絡(luò)的邊界， 將邊界傳感器節(jié)點(diǎn)選擇為骨干節(jié)點(diǎn)；以及 將所有骨干節(jié)點(diǎn)形成骨干網(wǎng)絡(luò)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述信息強(qiáng)度值計(jì)算單元還進(jìn)行： 在骨干網(wǎng)絡(luò)中，從源傳感器節(jié)點(diǎn)的四個(gè)鄰居骨干節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，逐層向外執(zhí)行雅克比迭代， 其中執(zhí)行雅克比迭代包括：每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居骨干節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值，分布式 地執(zhí)行雅克比迭代 Φ" + 1(^)^^-V Φ'(ν) 從而計(jì)算新的信息強(qiáng)度值Ck+1 (U)，其N(xiāo)(u)是骨干節(jié)點(diǎn)u的所有鄰居骨干節(jié)點(diǎn)的集合， d(u)是骨干節(jié)點(diǎn)u的度數(shù)，其中d(u) = 4 ;如果新的信息強(qiáng)度值〇k+1(u)與上一次計(jì)算的 信息強(qiáng)度值〇k(u)的差值小于閾值，則不執(zhí)行本次雅克比迭代； 其中，源傳感器節(jié)點(diǎn)和邊界傳感器節(jié)點(diǎn)不進(jìn)行雅克比迭代； 其中每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)在執(zhí)行雅克比迭代的過(guò)程中，對(duì)信息強(qiáng)度值進(jìn)行保存或刪除，將骨 干節(jié)點(diǎn)的每m個(gè)歷史信息強(qiáng)度值作為一組進(jìn)行保存，其中每個(gè)組形成一個(gè)數(shù)據(jù)序列Di = {Φη，Φ?2 L Φ?π}，其中m=10，i是大于等于1的自然數(shù)，其中每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)基于數(shù)據(jù)序 列Di采用三次樣條插值法計(jì)算序列的極限值〇 m+1，并使用〇m+1替代骨干節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息 強(qiáng)度值，清空骨干節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存；并且繼續(xù)執(zhí)行雅克比迭代，直到骨干網(wǎng)絡(luò)收斂為止； 其中骨干網(wǎng)絡(luò)收斂的條件是骨干網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有需要執(zhí)行雅克比迭代的骨干節(jié)點(diǎn)，包括： 每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)u基于鄰居骨干節(jié)點(diǎn)上一次的信息強(qiáng)度值〇k(u)，與采用雅克比迭代計(jì)算得 到新的信息強(qiáng)度值〇 k+1(u)的差值小于閾值時(shí)，該骨干節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行迭代，即當(dāng)滿(mǎn)足 (Vw) | Φ々十 1 (w)-Φ/ι：⑷ |< {Φ"ι ?Φλ (w)} 時(shí)，則雅克比迭代終止；其中ε =0.01 %并且k為自然數(shù)； 其中在整個(gè)迭代過(guò)程中源傳感器點(diǎn)和邊界傳感器節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值固定不變，不執(zhí)行 雅克比迭代； 其中如果在執(zhí)行一組雅克比迭代時(shí)，骨干網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)收斂，則不用執(zhí)行其余組雅克比迭 代； 其中每個(gè)骨干節(jié)點(diǎn)利用本地歷史信息強(qiáng)度值，分析數(shù)據(jù)集D= {ΦρΦ2 L Φπ}中信息 強(qiáng)度值的變化規(guī)律； 對(duì)于數(shù)據(jù)集Di = {Φη，Φ12 L Φ1π}，用（m-1)段三次多項(xiàng)式在m個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間構(gòu)建三 次樣條，采用三次樣條插值法計(jì)算序列Di的極限值〇m+1，并使用〇m+1替代該骨干節(jié)點(diǎn)的當(dāng) 前信息強(qiáng)度值，清空該骨干節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存； 其中m為大于1的自然數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述信息勢(shì)域生成單元還進(jìn)行 傳感器網(wǎng)絡(luò)收斂的條件是傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意傳感器節(jié)點(diǎn)不需要執(zhí)行雅克比迭代，其 中傳感器節(jié)點(diǎn)不執(zhí)行迭代的條件是該傳感器節(jié)點(diǎn)采用雅克比迭代式計(jì)算的新信息強(qiáng)度值 〇k+1(u)與舊值Φ?的差值小于閾值，貝1J繼續(xù)使用舊值，不執(zhí)行本次迭代；其中整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 收斂的條件為 (Vw) | Φ/,+1 (^)-ΦΑ' [u) |< {Φ/<+] (^),Φ;'' (w)} 其中 ε = 〇· 01% ; 其中，光滑的信息勢(shì)域是不存在局部極值點(diǎn)且不存在平坦區(qū)域的信息勢(shì)域，局部極值 點(diǎn)是指?jìng)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)中存在所具有的信息強(qiáng)度值大于所有鄰居節(jié)點(diǎn)的信息強(qiáng)度值的非源傳 感器節(jié)點(diǎn)；平坦區(qū)域是指?jìng)鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)或兩個(gè)以上傳感器節(jié)點(diǎn)具有相等的信息強(qiáng)度 值。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK104270795SQ201410471730
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】杜軍朝, 劉惠, 劉思聰, 徐馳, 田世變, 王凱, 李曙聰, 王增祥, 王探云, 韓路, 許倉(cāng), 李晨, 顧亞文 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)