聚集值的約束違反監(jiān)測有助于檢測監(jiān)測區(qū)域內(nèi)異常事件的發(fā)生.傳感器節(jié)點由于電源能量耗盡的原因經(jīng)常失效或廢棄,因此研究無線傳感網(wǎng)的高能效的監(jiān)測算法具有重要意義.已有的研究工作給出了啟發(fā)式的閾值設置方法,通信能量開銷較高并且沒有考慮感知數(shù)據(jù)的特性,忽略了噪聲對感知數(shù)據(jù)的影響.鑒于上述原因,以最小化通信開銷為優(yōu)化目標,文中開展了過濾器最優(yōu)閾值的研究.首先,文中提出了通信開銷模型,給出了過濾器最優(yōu)閾值問題的形式化定義,其次,通過一維隨機游走來模擬感知數(shù)據(jù)的變化并推導出過濾器失效概率的計算公式,通過拉格朗日乘子法給出了求解過濾器最優(yōu)閾值的數(shù)學方法,第三,提出了低計算復雜度的過濾器最優(yōu)閾值近似算法并分析了近似算法的近似比.理論分析和實驗結(jié)果驗證了提出的算法的正確性以及高效性. 

【文章來源】：計算機學報. 2015,38(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

圖１一維隨機游走例子

］上的均勻分布；其移動步長服從正態(tài)分布Ｎ（１，１）．我們在上述隨機生成的數(shù)據(jù)集合上計算過濾器的平均失敗概率．對于給定的監(jiān)測閾值與聚集和之差Δ、以及節(jié)點數(shù)量ｎ，我們運行上述算法５００次，并將其平均失敗概率的均值作為實驗結(jié)果．從圖中我們可知，近似算法輸出的過濾器閾值使得平均失敗概率較�。鐖D４所示，當監(jiān)測閾值與聚集和之差Δ＝１４，監(jiān)測節(jié)點數(shù)量ｎ＝１０，移動步長服從正態(tài)分布Ｎ（０．５，１）時，過濾器的平均失敗概率小于０．２．圖４Δ不同時過濾器失效概率平均值圖５ｎ不同時過濾器失效概率平均值圖６顯示了近似算法在真實傳感網(wǎng)實測的溫度感知數(shù)據(jù)集上的運行結(jié)果．我們分別考察了在溫度變化劇烈和變化緩慢情況下的平均失敗概率結(jié)果，其中變化劇烈的感知數(shù)據(jù)采用上午１０點～１２點的溫度感知數(shù)據(jù)；變化緩慢的感知數(shù)據(jù)采用凌晨４點～６點的溫度感知數(shù)據(jù)．如圖６所示，真實數(shù)據(jù)集上的平均失敗概率略高于合成數(shù)據(jù)集上的平均失敗概率，其原因分析如下．首先，感知數(shù)據(jù)選取于溫度隨時間逐漸升高的過程，因此對任意ｉ∈｛１，２，…，ｎ｝，γｉ＜１；其次，對于給定的ｉ，當ｙｉ→∞時，γｘｉｉ－１γｘｉ＋ｙｉｉ－１趨近于１－γｘｉｉ，其中ｘｉ＝（ｄｉ（ｔ０）－ｌ）／ａｉ，因此失敗概率取決于γｉ以及ｄｉ（ｔ０）－ｌ，并隨Δ的增大逐漸趨近其極限，變化不明顯．圖６Δ不同時過濾器失效概率平均值（２）第２組實驗考察不同的Δ以及不同的監(jiān)測節(jié)點數(shù)量

上的平均失敗概率略高于合成數(shù)據(jù)集上的平均失敗概率，其原因分析如下．首先，感知數(shù)據(jù)選取于溫度隨時間逐漸升高的過程，因此對任意ｉ∈｛１，２，…，ｎ｝，γｉ＜１；其次，對于給定的ｉ，當ｙｉ→∞時，γｘｉｉ－１γｘｉ＋ｙｉｉ－１趨近于１－γｘｉｉ，其中ｘｉ＝（ｄｉ（ｔ０）－ｌ）／ａｉ，因此失敗概率取決于γｉ以及ｄｉ（ｔ０）－ｌ，并隨Δ的增大逐漸趨近其極限，變化不明顯．圖６Δ不同時過濾器失效概率平均值（２）第２組實驗考察不同的Δ以及不同的監(jiān)測節(jié)點數(shù)量對近似算法的通信開銷的影響，其中通信開銷百分比的計算公式如下：通信開銷％＝＃數(shù)據(jù)包數(shù)量（近似算法）＃數(shù)據(jù)包數(shù)量（基本算法）×１００％．基本算法的思想如下：監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點將全部感知數(shù)據(jù)發(fā)送至Ｓｉｎｋ節(jié)點．由通信開銷模型，我們可知近似算法的通信開銷由２部分組成：①因監(jiān)測節(jié)點過濾器失效引起的數(shù)據(jù)包傳輸；②因Ｓｉｎｋ節(jié)點收集監(jiān)測區(qū)域的感知數(shù)據(jù)引起的數(shù)據(jù)包傳輸．圖７和圖８顯示了近似算法在合成數(shù)據(jù)集上的運行結(jié)果，其中各節(jié)點的數(shù)據(jù)集以隨機游走的方式生成．“○”表示對于給定的節(jié)點ｉ∈｛１，２，…，ｎ｝，ｉ節(jié)點以１為初始位置在數(shù)軸上進行隨機游走，其中ｉ節(jié)點的正向移動概率Ｐｒ＋ｉ服從［０，１］上的均勻分布；其移動步長服從正態(tài)分布Ｎ（０．５，１）．“◇”表示對于給定的節(jié)點ｉ∈｛１，２，…，ｎ｝，ｉ節(jié)點以１為初始位置在數(shù)軸上進行隨機游走，其

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3275054