[發明專利]基于灰色模型預測的EAST改進算法

有效

• 申請號: 201610053939.3
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105636081B
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 常城;王凡;胡小鵬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H04W24/00
• 分類號: H04W24/00;H04W40/02;H04W40/10;H04W40/32;H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;李寶元

一種基于灰色模型預測的EAST改進算法，屬于無線傳感網絡技術領域。本發明包括如下步驟：第一步：建立基于灰色模型的時間相關性模型；第二步：空間相關性模型建立；第三步：數據傳輸。該算法繼承了EAST算法的框架結構，同時利用灰色模型提高原算法的精度，利用優先級選舉模型提高體統能量有效性。本發明通過灰色模型來充分利用節點收集到的環境數據進行建模，當檢測到異常事件發生時，建立基于網格的簇，在簇頭節點和領導者的選取上，綜合考慮剩余能量與距離因素，最后利用理論最優路徑傳輸數據。相比于EAST算法，我們提出的GM_EAST算法在數據精度與能量有效性方面都有顯著的提高。

技術領域

本發明涉及基于灰色模型預測的EAST改進算法，屬于無線傳感網絡技術領域。

背景技術

無線傳感網是由許多無線傳感器節點構成的網絡。由于傳感器節點較為廉價，并且無線通信技術日益成熟，無線傳感網已經應用在了各種各樣的實際場景，比如，軍事，醫療，科研等領域。它的主要作用是收集周圍環境數據，對收集到的數據進行分析處理，從而應對環境中出現的各種變化。由于傳感器通常是以電池供電，而且它們所處場景通常具有特殊性與復雜性，靠人工更換電池幾乎是不可能的，所以如何節省電池能量，以延長網絡的生命周期，一直是無線傳感網一個熱門的研究領域。

為了節省能量，延長網絡的生命周期，學者們從多個角度出發來解決問題。比如有人研究利用分簇算法，以分層傳輸的思想將所有節點的數據傳輸到上層節點，直至傳輸到sink節點。一部分人對數據傳輸路徑進行研究，選擇消耗能量最少的路徑對數據進行傳輸。還有一部分人利用數據預測的思想，令sink節點和普通節點同時運行預測算法，在可容忍的精度范圍之內，將預測數據視為收集到的數據。

近些年不斷有學者對節點收集的數據的時間相關性和節點之間的空間相關性進行研究，提出了各種各樣的算法，比如EEDC(Energy-Efficient Data Collection),SCCS(Spatiotemporal Clustering and Compressing Schemes),EAST(Efficient DataCollection Aware of Spatio-Temporal Correlation)等算法，雖然他們對節省能量都有一定的效果，但是這些算法又引進了數據傳輸的延遲，數據精度的降低等新的問題，從而影響了網絡的整體性能。作為時空相關性的代表之一，EAST算法能夠實時有效的收集環境周圍數據，但無論精度還是能耗方面，該方法都有很大的提升空間。

發明內容

本發明針對上面的問題，而研制基于灰色模型預測的EAST改進(GM_EAST)算法。該算法繼承了EAST算法的框架結構，同時利用灰色模型提高原算法的精度，利用優先級選舉模型提高體統能量有效性。

本發明包括如下步驟：

第一步：建立基于灰色模型的時間相關性模型，

第二步：空間相關性模型建立，

第三步：數據傳輸。

本發明原理及有益效果：詳細分析了基于時空相關性的EAST算法的優缺點，并且針對EAST算法在收集數據精度與能耗方面的不足，提出了改進算法。通過灰色模型來充分利用節點收集到的環境數據進行建模，當檢測到異常事件發生時，建立基于網格的簇，在簇頭節點和領導者的選取上，綜合考慮剩余能量與距離因素，最后利用理論最優路徑傳輸數據。相比于EAST算法，提出的GM_EAST算法在數據精度與能量有效性方面都有顯著的提高。

附圖說明

圖1空間相關性圖例。

圖2均方誤差對比圖。令閾值ε取值0.1到1，并在每一種情況下比較EAST算法和改進算法GM_EAST的均方誤差值。EAST算法的實驗結果用o表示，GM_EAST算法的實驗結果用*表示。