[發(fā)明專利]基于信任模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式探測決策融合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210517995.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-06
• 公開（公告）號(hào): CN102984730A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫力娟;段華毅;黃海平;王汝傳;沙超;郭劍;陳磊;魏勛;馬軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/00
• 分類號(hào): H04W24/00;H04W84/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式探測決策融合方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目標(biāo)檢測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)誕生的初衷也是最重要的應(yīng)用之一，如在戰(zhàn)場環(huán)境中，判斷一個(gè)敵方目標(biāo)（人、坦克、飛機(jī)）是否出現(xiàn)對(duì)于戰(zhàn)爭的成敗與否有著至關(guān)重要的作用。對(duì)于一個(gè)目標(biāo)的檢測，判斷其發(fā)生或沒有發(fā)生，通常是通過獲取該目標(biāo)的發(fā)生信號(hào)以進(jìn)行判斷，如坦克經(jīng)過興趣監(jiān)測區(qū)域ROI（Region?of?Interesting）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的聲音信號(hào)，當(dāng)ROI區(qū)域內(nèi)的每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)接收到該信號(hào)時(shí)，將傳感數(shù)據(jù)直接傳輸給數(shù)據(jù)融合中心FC（FusionCenter）或者先經(jīng)過判斷將決策傳輸給FC，F(xiàn)C根據(jù)某種判決準(zhǔn)則，判決該目標(biāo)是否發(fā)生。在理想環(huán)境中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到的目標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度都是真實(shí)的，因此FC能夠根據(jù)可靠的數(shù)據(jù)或決策進(jìn)行判決。然而實(shí)際中，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境極為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)接收到的信號(hào)不僅僅來自于潛在的目標(biāo)事件，同時(shí)也受到多種隨機(jī)噪聲的干擾，因此，在進(jìn)行判斷的時(shí)候，所做出的判斷存在一定的“誤判”率。“誤判”有兩層含義，第一，當(dāng)目標(biāo)事件沒有發(fā)生時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)報(bào)警該事件發(fā)生；第二，當(dāng)目標(biāo)事件發(fā)生時(shí)，卻沒有進(jìn)行報(bào)警，通常，第一種情況稱之為系統(tǒng)“虛警”率（Probability?of?False?Alarm），第二種情況的反面稱之為系統(tǒng)“檢測”率（Probability?ofDetection）。該發(fā)明專利的目的即為設(shè)計(jì)一定的判決準(zhǔn)則以及數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，使得系統(tǒng)的“檢測”率盡可能大，同時(shí)使得系統(tǒng)的“虛警”率盡可能小。

目前，國內(nèi)外對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式檢測理論已有一定的研究。在經(jīng)典文獻(xiàn)中，Chair.Z與Varshney.P提出了基于貝葉斯準(zhǔn)則的多傳感器融合的最佳判決Chair-Varshney準(zhǔn)則，使得在貝葉斯判決準(zhǔn)則下，系統(tǒng)能夠達(dá)到最大檢測率。早在1980年，MIT的Tenny與Scandell就提出了分布式傳感器檢測的概念，其將貝葉斯判決準(zhǔn)則應(yīng)用于分布式環(huán)境中。對(duì)分布式檢測的理論進(jìn)行詳細(xì)的綜述，對(duì)貝葉斯準(zhǔn)則與Neyman-Pearson準(zhǔn)則進(jìn)行了分析與闡述。近年來，牛瑞鑫等人提出了一種應(yīng)用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的“counting?rule”的簡單方法，即每個(gè)節(jié)點(diǎn)先根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行判決，再將判決結(jié)果0表示沒有目標(biāo)事件發(fā)生或者1表示目標(biāo)事件發(fā)生上傳給融合中心進(jìn)行判斷，當(dāng)然，為了節(jié)省能量，0可以不用上傳。在counting?rule的基礎(chǔ)上，Katenka.N等人提出了一種基于“本地投票”機(jī)制的決策融合策略進(jìn)行目標(biāo)檢測，其分為兩個(gè)階段，首先每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其鄰居節(jié)點(diǎn)的判決修正自己的結(jié)果，當(dāng)所有節(jié)點(diǎn)都修正完畢，再將判決為1的結(jié)果傳輸給融合中心，其大大降低了系統(tǒng)的判決閾值，減少了系統(tǒng)資源開銷。“countingrule”盡管在理論上能夠滿足一定的要求，但是其結(jié)果必須滿足無線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量非常龐大的前提，需要利用網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判決，從某種程度上造成了資源的浪費(fèi)。“l(fā)ocal?vote”的方法盡管降低了判決閾值，但是其兩階段的融合方法同樣增加了系統(tǒng)開銷，并且對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的系統(tǒng)往往不可行。上述方法都沒有考慮到在實(shí)際使用過程中，節(jié)點(diǎn)發(fā)生損壞、無線通信信道的干擾等情況。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于信任模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式探測決策融合方法，通過使用節(jié)點(diǎn)可信度機(jī)制，綜合考慮本地節(jié)點(diǎn)的可靠性以及通信信道的噪聲干擾對(duì)本地傳感節(jié)點(diǎn)上報(bào)的局部決策值的影響，盡可能地提高系統(tǒng)的檢測正確率并減少系統(tǒng)的資源開銷。

技術(shù)方案：本發(fā)明的基于信任模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式探測決策融合方法是一種策略性方法，可以單獨(dú)使用，也可以與現(xiàn)有的分布式探測決策融合算法綜合應(yīng)用。本發(fā)明將傳感節(jié)點(diǎn)可信度參數(shù)引入到分布式探測的決策融合過程中，其目標(biāo)是通過功能簡單的可信度權(quán)值分析，使本地節(jié)點(diǎn)的判斷結(jié)果進(jìn)一步量化，將節(jié)點(diǎn)是否安全可靠以及通信信道的噪聲干擾等因素納入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)的決策融合分析中，從而提高匯聚節(jié)點(diǎn)處判斷的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明提出了一種分布式探測的決策融合方法，包括以下步驟：

步驟1).網(wǎng)絡(luò)初始化：對(duì)N個(gè)本地節(jié)點(diǎn)設(shè)置本地決策閾值t_i；對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)設(shè)置系統(tǒng)決策閾值T₀和每個(gè)本地節(jié)點(diǎn)可信任度α_i(t₀)；i為本地節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)，i=1,2,3,…,N；

步驟2)本地節(jié)點(diǎn)主要功能為檢測目標(biāo)事件，每隔一段時(shí)間使用節(jié)點(diǎn)上裝載的傳感器獲得探測值y_i；