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专利号: 2014101261102
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-06-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,预先在无线传感器网络中,把传感器节点传输数据的网络能量消耗的最小值计算出来,然后计算出整个无线传感器网络中的最优的数据融合簇头数目;

步骤2,所述传感器节点的初始状态存储在中心控制节点中,并且在整个无线传感器网络中共享参数;所述传感器节点按照节点本身所携带的算法完成自身的激活与睡眠状态之间的转换;

步骤3,所述中心控制节点根据所述无线传感器网络的感应区域的半径和初始的分簇的数量计算出每个簇的半径,把计算结果传输到传感器节点终端;

步骤4,所述传感器节点的信息收发单元感应到所述中心控制节点传来的数据转换至激活状态,搜索本簇内的簇头位置,并计算传感器节点到簇头的距离,然后把计算结果反馈到中心控制节点中存储;

步骤5,所述中心控制节点根据回路能量消耗参数、区域半径、传输速率、路由系数及步骤4中得到的距离参数,计算得到第一部分能量消耗即传感器节点传输数据到簇头的能量消耗;

步骤6,所述的中心控制节点依据能接受的数据失真度,计算所需要的数据量即信息率失真函数,得到第二部分网络消耗能量即簇头节点到中心控制节点的传输数据所消耗的能量;

步骤7,所述中心控制节点把步骤6中的数据量平均传输给区域内的簇头,簇头根据中心控制节点传输来的信息率失真函数以及簇头所采取的压缩模型得到第三部分能量消耗即簇头节点压缩数据所需要的能量消耗;簇头把计算所得第三部分能量消耗发送到中心控制节点;

步骤8,所述的中心控制节点根据所采取的能量消耗模型以及存储在内部的上述三个部分能量消耗,计算能量最小化时的簇头数量;

步骤9,所述的中心控制节点更新存储在内部的初始簇头数量,更新信息处理算法以达到更新后的网络的状态;当中心控制节点接收到用户新的失真度需求时候,重复步骤2到9。

2.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤3中所述的簇头节点根据公式 来计算本簇的半径,其中x为簇半径,a为圆形区域的半径,k0为圆形区域内初始的簇头数量。

3.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤4中计算传感器节点到簇头的距离S为:

其中a为圆形区域的半径,n为圆形区域内无线传感器节点的个数,δ是路由影响系数,C代表簇,(x0,y0)为簇C的圆心位置坐标即簇头的位置,k0为圆形区域内初始的簇头数量,x、y分别代表传感器节点的横坐标和纵坐标,r为传感器节点到圆心的距离,θ为从圆心到传感器节点方向顺时针旋转到x正轴的夹角。

4.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤5中计算第一部分能量消耗P1的计算方法为:

其中,a为圆形区域的半径,α'为能量消耗系数,α1为回路能量消耗系数,α2为天线能量消耗系数,dchar是网络的特征半径,α'=(α1+α2dchar)/dchar,n为圆形区域内无线传感器节点的个数,r为数据传输的速率,δ是路由影响系数,根据路由协议不同取值不同,一般取0.95,k0为圆形区域内初始的簇头数量。

5.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤6中根据失真度计算信息率失真函数为:

二元信源:

其中: 其中R(D)为二元信

源的信息率失真函数,H(p)为概率的熵, 为信息压缩率的熵,p为信息的概率, 为信息的压缩率;

或者一维高斯信源:

其中σ2为一维高斯信源的均方差,D为一维高斯信源

的失真度。

6.如权利要求5所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤6中第二部分网络消耗能量的计算公式为:

P2=βR(D)

其中,β为数据压缩系数,R(D)为率失真函数。

7.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤6中第三部分能量消耗的计算公式为:

其中,γ为压缩率,R(D)为率失真函数,c为过压缩,k0为圆形区域内簇头数量,a为圆形区域的半径,α'为能量消耗系数,α1为回路能量消耗系数,α2为天线能量消耗系数,dchar是网络的特征半径,α'=(α1+α2dchar)/dchar。

8.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤8中所述中心控制节点处所采用的能量消耗模型为:

E=P1+P2P3

其中P1为传感器网络终端节点把感应到的数据传输到簇头节点的总能量消耗,P2为簇头节点把压缩数据传输到中心控制节点的总能量消耗,P3为簇头节点压缩所需要传输的数据所消耗的能量。

9.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中基于率失真函数的数据融合簇头数目确定方法,其特征在于:步骤8中所述得到能量消耗最小化时的数据融合所需的簇头数量的计算公式为:其中,a为圆形区域的半径,α'为能量消耗系数,α1为回路能量消耗系数,α2为天线能量消耗系数,α'=(α1+α2dchar)/dchar,n为圆形区域内无线传感器节点的个数,r为数据传输的速率,δ是路由影响系数,k0为圆形区域内簇头初始数量,k为能量最小化的新的簇头数量,dchar为区域特征半径,γ为压缩率,c为过压缩,β为数据压缩系数,R(D)为率失真函数。