[發明專利]事件觸發通信下的分布式自適應局部擴散控制方法

有效

• 申請號: 202010055205.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111262739B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 陳楓;郭尊湖;鄧舒蔚;劉志鋒
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W4/38
• 代理公司: 重慶敏創專利代理事務所(普通合伙) 50253
• 代理人: 陳千

本發明公開了一種事件觸發通信下的分布式自適應局部擴散控制方法，先確定網絡拓撲變化后每個節點位置信息；然后根據每個節點位置信息確定每個節點的鄰居節點并計算每個節點當前時刻的中間估計值，如果滿足觸發條件，則采用當前時刻的中間估計值，如不滿足觸發條件，則采用上一次滿足觸發條件時的中間估計值作為當前時刻的中間估計值；然后再確定每個節點當前時刻的自適應權重系數，最后再確定每個節點的輸出數據。本發明考慮到動態網絡拓撲結構對局部策略估計性能的影響，同時借助傳統的ATC算法，通過自適應局部擴散得到了系統估計。同時通過設計事件觸發機制，來決定節點在某時刻是否需要向鄰居節點發送數據，從而有效減少通信代價。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術，更具體地說，是一種事件觸發通信下的分布式自適應局部擴散控制方法。

背景技術

近年來，無線傳感器網絡(WSNS)在電網、環境檢測等不同領域得到了廣泛的應用。在無線傳感器網絡中，估計網絡未知參數的方法很多，集中式求解和分布式求解由于具有更好的估計性能而受到研究者的關注。在集中式解決方案中，網絡中的每個節點都將其數據傳輸到中心節點。在這種解決方案中，中心節點必須承擔許多計算任務。一旦中心節點損壞或能量耗盡，可能會導致整個傳感器網絡崩潰。與集中式解決方案不同，在分布式解決方案中，局部節點相互協作完成網絡的估計任務。因此，在鏈路失效的情況下，它比集中式解決方案具有更強的魯棒性。

現有文獻中，分布式解決方案包括增量、共識和擴散三種方案。在擴散方案中，節點通過廣播的方式進行節點間的通信。因此，該方案不依賴于任何中央控制機制或協議，這使分布式算法對通信鏈路損傷或節點損傷具有更強的魯棒性。由于這些優點，擴散方案在無線傳感器網絡中得到了廣泛的應用。擴散最小均方(Diffusion least mean-square,DLMS)是一種重要的擴散方案，它為在網絡中實現分布式自適應濾波提供了一種簡單有效的方法。

然而，在無線傳感器網絡中，節點往往受到計算能力和電力的限制。當節點在無線網絡中執行分布式任務時，最消耗電能的動作是數據傳輸。因此，減少節點間通信是保證網絡長期穩定的必要條件，有許多算法試圖減少節點間的通信，如局部擴散或數據選擇。

然而，現有的基于估計誤差的數據選擇方案，將數據分為無意義數據以及錯誤數據，通過設定合適的閾值降低數據冗余，以達到降低網絡通信代價的目的。也有發明提出了基于最小均方(LMS)算法的局部擴散方案，各個節點使用中間估計量的子集進行參數估計，進而降低網絡的通信代價。但是，傳統的局部擴散方案是以降低算法的估計性能作為降低通信量的代價。同時，沒有考慮網絡拓撲結構改變對估計性能的影響以及數據冗余造成的通信資源浪費。而在實際環境中，網絡的拓撲結構可能隨時在發生變化(如：海洋環境)。動態網絡拓撲往往意味著每個節點的鄰居節點每一時刻都在改變，往往會影響到傳統局部擴散策略的估計性能。這意味著傳統的算法并不適用動態網絡拓撲環境。

發明內容

針對目前研究存在的問題，本發明在于提供一種適于動態網絡拓撲環境的局部擴散方法，盡量減少動態網絡拓撲中的數據冗余。

為實現上述目的，本發明所采用的具體技術方案如下：

一種事件觸發通信下的分布式自適應局部擴散控制方法，其關鍵在于包括以下步驟：

S1：獲取每個節點當前時刻輸入數據和上一時刻輸出數據，并根據上一時刻每個節點位置信息和移動距離確定當前時刻每個節點位置信息；

S2：根據當前時刻每個節點位置信息確定每個節點的鄰居節點，并根據每個節點上一時刻的自適應權重系數、各個鄰居節點的輸入數據和輸出數據確定每個節點當前時刻的中間估計值；

S3：根據每個節點當前時刻的中間估計值判斷是否滿足觸發條件，如果滿足觸發條件，則采用當前時刻的中間估計值，如不滿足觸發條件，則采用上一次滿足觸發條件時的中間估計值作為當前時刻的中間估計值；