WSN节能问题中基于曲线拟合的插值算法研究

来源:用户上传      作者: 黄兴利 慕德俊 李哲 焦利涛 黄一杰

　　摘 要： 无线传感器网络的传感器节点主要依靠电池供电，而目前节点的生存时间较短，且观测精度较低。通过对WSN能耗问题的研究，提出了基于曲线拟合的插值算法，该算法通过减少部分采样次数，使用算法将减少的数据模拟出来，最后，通过曲线拟合方法拟合出近似接近所有采样数据点的函数公式。该方法延长了节点的生存时间，间接提高了采样精度。
　　关键词： WSN； 曲线拟合； 插值算法； 采样
　　中图分类号： TN926?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）01?0009?04
　　0 引 言
　　WSN由大量传感器节点组成，传感器节点由于受到其自身条件：分布广、分布密集，且无线传输等条件的约束，其主要依靠电池供电。目前，常见的应用于WSN网络的电池主要有镍氢电池与锂电池，电池的容量为800～3 000 mA・h，且常搭配太阳能电池板使用[1]，若选用MSP430作为节点的主控制芯片，传输设备采用CC2500，在节点电源采用锂电池与太阳能电池板配套使用，且全天工作的情况下，节点电能的消耗情况如表1所示[1]。
　　由表1可知，节点的能量主要用于两个方面：一是节点的正常运行；二是节点的数据传输，且当节点传输频率较高时，节点的能量主要消耗在数据的传输过程中，当节点传输频率较低时，节点的能量主要消耗在维持节点正常运行上。由表1可得出，节点存在一个明显的不足之处：节点的生存时间较短，即降低节点的传输频率，节点的生存时间最长也超不过13.4 d。因此，如何提高节点的生存时间成为目前WSN网络研究人员的头等难题。
　　为了提高节点的生存时间，Wendi Rabiner Heinzelman等人在2000年最早提出了一种低功耗自适应集簇分层型协议――LEACH算法[2?5]，其主要思想是聚类内所辖的节点以TDMA的方式分时向类首传输数据，数据经类首汇聚压缩后，再向目的节点发送，且只有类首进行数据传输，这种方法导致WSN节点的能耗不均衡，最终会降低WSN的生存时间。美国南加州大学的Yong?gang ferry Zhao、加利福尼亚大学的Deborah Esrtin 等人设计了一种eScan方法[6]来监视传感器的能量剩余情况，通过减少能量较少的节点的采样次数达到节点能耗一致，但是，此种方法又降低了节点的采样精度。
　　基于以上原因，提出了一种基于曲线拟合的插值算法，该算法延长了节点的生存时间，提高了节点的观测精度。
　　4 结 语
　　运用最小二乘算法对采样数据的下一个数据点的数据进行预测，但由于采样数据的频率不高，因此采样得到的数据精度不是非常高。文中引入了曲线拟合的插值算法对预测到的数据进行插值分析，从而大大提高了预测数据的精度，为解决无线传感器休眠时工作盲区的数据采样与节能问题提供了理论基础。
　　参考文献
　　[1] 吕涛，施伟斌，范坤坤，等.WSN节点电池供电性能测试研究[J].传感技术学报，2013，26（10）：1457?1462.
　　[2] 贾云杰.基于LEACH的无线传感器网络分簇路由算法的研究与改进[D].武汉：华中师范大学，2013.
　　[3] 林楠，史苇杭.无线传感器LEACH算法的优化及仿真[J].计算机仿真，2011（1）：178?181.
　　[4] 张志艳.无线传感器网络LEACH路由算法研究与改进[D].成都：西南交通大学，2014.
　　[5] 赵雁航.一种基于LEACH协议改进的物联网路由算法[D].长春：吉林大学，2014.
　　[6] 苏兵，许文慧.无线传感网剩余能量监测算法研究[J].科学技术与工程，2014（3）：235?238.
　　[7] 张菊丽，王新民，张举中.基于牛顿插值算法的模糊控制器[J].模糊系统与数学，2007（2）：87?91.
　　[8] 马飞，华继学，吴静.遗传牛顿插值算法在地形可视化中的应用[J].空军工程大学学报（自然科学版），2007（5）：87?90.
　　[9] 倪慧，李重，宋红星，等.带插值条件的移动最小二乘曲线拟合[J].浙江理工大学学报，2011（1）：135?139.
　　[10] 齐林，张芳，陈恩庆.基于移动最小二乘曲线拟合的LFM信号参数估计[J].郑州大学学报（工学版），2011（3）：95?98.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-7539690.htm