基于预测技术的事件检测方法的研究与设计

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无线传感器网络是由一系列部署在感兴趣区域的传感器节点组成,传感器节点大都能量有限同时处理能力有限,不同的节点之间相互通信形成一个自组织网络,最终将物理世界的数据采集并传输到中心节点或是基站。事件检测作为无线传感器网络的一项重要应用,受到越来越多的关注。由于节点自身存在的问题以及客观世界的影响,要求事件检测算法必须符合实际应用场景,同时要考虑到节点低能耗,以及必须具备的高容错性等问题。同时由于节点的信号传输距离有限,要求设计路由协议既能满足寻路问题,又能解决节点故障后的再寻路问题。本文就无线传感器网络中事件检测技术以及路由协议进行研究,分别提出了一种基于预测的事件检测算法与基于链路稳定性的无线路由协议。本文首先提出一种基于预测的事件区域检测算法,考虑到事件发生时,会表现出一定的空间相关性和时间相关性,而一般认为节点的错误之间没有相关性。本文中使用改进的灰色模型作为预测模型,传感器节点周期性的采集数据,当其采样数据被预先设置好的过滤器所过滤出时,对这些数据运行预测算法,从而得到数据的变化趋势。由于事件发生时会表现出一定的时空相关性,检测到事件的节点的邻居节点也会表现出相应的数据变化趋势,规定只有某个节点的邻居节点中有半数以上的节点与它的数据变化趋势相同时,才认为该节点正常,否则该节点则被认为处于错误状态。当节点被确定为正确节点并且检测到事件发生的数据变化趋势时,也就得到了检测的事件区域。同时,本文还研究了可适用于无线传感器网络中的链路稳定性的路由。使用传感器节点的传输功率作为评价标准,其中链路稳定性模型考虑了传感器节点的邻域节点作为直接链路稳定性研究对象,而邻域的邻域节点作为间接链路稳定性研究对象,最后将该链路稳定性模型应用于无线传感器网络中组播树的建立以及维护中。该路由模型充分利用了提出的基于预测的事件区域检测算法,当算法检测到错误节点时,屏蔽掉该节点,重新寻找一条具有最好链路稳定性的线路。为了验证本文提出的事件检测算法和路由协议的性能,本文使用MATLAB和NS2作为仿真工具,首先模拟某一区域的网络模型,假设在该区域内随机部署了大量的传感器节点,传感器周期性的采集数据,然后运行本文中提出的检测算法。当事件发生后,检查事件区域来验证算法的准确性,当某些传感器出现故障后,算法检测结果与实际情况对比来验证算法的容错性,以此来验证算法性能。同时观察随着时间的进行,节点的收包率与收到信息的节点数来验证路由算法的适用性。
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