distributed adaptation methods for wireless sensor networks

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1、DistributedAdaptationMethodsforWirelessSensorNetworks無(wú)線傳感器的分布式自適應(yīng)方法摘要文章描述了分布式自適應(yīng)技術(shù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。按應(yīng)用例子，我們考慮在市區(qū)地形通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)路由。所有的方法以一下的形式出現(xiàn)：1、執(zhí)行全局的自適應(yīng)而只使用當(dāng)?shù)乜捎玫男畔ⅰ?、有強(qiáng)大的隨機(jī)組件3、同時(shí)使用正負(fù)反饋來控制他們自己。我們的分析方法的適應(yīng)能力，對(duì)內(nèi)部錯(cuò)誤魯棒性，和功率消耗。給出與的標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)照。1.INTRODUCTION本文我們描述了四種分布式自適應(yīng)方法在特定的城市地形軍事行動(dòng)(MOUT)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中

2、的應(yīng)用。市區(qū)情況有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)闊o(wú)線通信的阻塞可能引起兩點(diǎn)之間的最短路徑不是一條直線。MOUT使命無(wú)序的特性意味著路徑是不可靠的。只有短暫的路徑可能存在。盡管如此，及時(shí)的通信是必須的。我們的方法是使用當(dāng)?shù)氐臎Q策去適應(yīng)下層固定的改變。我們所分析的四個(gè)方法是：{i)SpinGlass,{ii)Multi-fractal,多重分形(iii)Coulombic,庫(kù)侖定律and(iv)Pheromone信息素。A.WirelessSensorNetwork(WSN)DefinitionB.WSNApplicationsC.WSNReguirementsII.SPINGLASSTheSpin

3、Glass方法使用Isling的模型。本地互相作用的磁鐵產(chǎn)生了一個(gè)肉眼可觀的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度依靠于力學(xué)因素。當(dāng)任一磁鐵點(diǎn)相互取消了，肉眼可觀的磁場(chǎng)就不存在了，磁鐵可以對(duì)齊在像鐵創(chuàng)造一個(gè)感知磁場(chǎng)中。在adhoc傳感器網(wǎng)絡(luò)中，我們采用相同的概念來發(fā)送數(shù)據(jù)。我們的仿真使用一個(gè)兩維的MOUT情景，如圖1。每個(gè)單元是一個(gè)微型的磁鐵，指向八個(gè)主要方向的一個(gè)，她的下一個(gè)方向是到數(shù)據(jù)接收器的。通過從數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)繁殖（hopbyhop），一個(gè)勢(shì)能場(chǎng)建立了，定義從每一個(gè)節(jié)點(diǎn)到數(shù)據(jù)接收器的最小的跳躍數(shù)目。存在一個(gè)或者多個(gè)接收器.單元嘗試找出到最近數(shù)據(jù)接收器的最優(yōu)路徑。連接失敗將修正本地潛在的場(chǎng)。在出

4、錯(cuò)的地方，這些改變將開始擴(kuò)散到系統(tǒng)。一些擾動(dòng)是很小的，如果連接服務(wù)是一個(gè)關(guān)鍵的路由端，那么微小的錯(cuò)誤就足以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)方向（數(shù)據(jù)路由）是混合了勢(shì)能場(chǎng)和動(dòng)力學(xué)因素的。它遵循麥克斯韋-玻爾茲曼分布：不一一列舉分母所有可能的參數(shù)，只有8個(gè)可能的本地參數(shù)（8個(gè)主要方向）用的上。這減少了需要的計(jì)算和刪除了需要的全局信息。如果一個(gè)單元是指向相鄰節(jié)點(diǎn)的，E(s)表示s的可能值減去單元可能值。K是-玻爾茲曼常數(shù)，T是溫度。當(dāng)溫度高的時(shí)候，單元有相同的概率指向任一個(gè)方向，而不管其相鄰節(jié)點(diǎn)的勢(shì)能。當(dāng)溫度低時(shí)，單元更傾向于指向勢(shì)能低的相鄰節(jié)點(diǎn)。如果溫度等于低于冰點(diǎn)，系統(tǒng)處于剛性狀態(tài)，不再

5、對(duì)環(huán)境作出反應(yīng)。T是重要的，因?yàn)樽疃搪窂讲皇俏ㄒ坏闹匾蛩?。較高的T可以降低數(shù)據(jù)通過較長(zhǎng)的路徑的阻塞點(diǎn)的功率消耗。較低的T可以保護(hù)系統(tǒng)減少振動(dòng)。在每一個(gè)基本區(qū)域，T可以是具體，這就允許系統(tǒng)控制的靈活性。為了量化系統(tǒng)的自適應(yīng)性，我們測(cè)量了每一個(gè)節(jié)點(diǎn)到數(shù)據(jù)接收器的平均距離。圖2顯示高溫系統(tǒng)，低溫系統(tǒng)和拓?fù)涞臄_動(dòng)在階躍時(shí)間的平均距離，拓?fù)鋽_動(dòng)是和圖1所示的開放或關(guān)閉的阻塞點(diǎn)有關(guān)的。T小的時(shí)候，系統(tǒng)聚合的很好，T高的時(shí)候則相反。在許多變動(dòng)發(fā)生之后，拓?fù)鋽_動(dòng)是可以調(diào)節(jié)的。圖3顯示了系統(tǒng)的功率消耗。這預(yù)示了系統(tǒng)的可測(cè)量性。我們的分析只考慮通信開銷。為了量化總的功率消耗，我們計(jì)算了消息發(fā)送的總

6、數(shù)和他們的大小。，圖3顯示了有和沒有拓?fù)鋽_動(dòng)時(shí)的通信消耗。IIIMULTI-FRACTAL在八十年代初期，威滕和桑德介紹了多重分形晶體生長(zhǎng)模型。對(duì)比外部晶體，當(dāng)固化條件滿足的時(shí)候，氣體或者液體的粒子開始固化。因?yàn)楸砻娴膹埩蜐撛跓崃康臄U(kuò)散，晶體的生長(zhǎng)是向就近的粒子向內(nèi)生長(zhǎng)的。InMulti-fractalrouting，數(shù)據(jù)接收器是外部晶體。一個(gè)路由樹是從這些晶體建立起來的。這個(gè)樹本質(zhì)上是空間填充圖表（space-fillingcurve），基于相鄰樹節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，得到一個(gè)連接路由樹概率集合。與向內(nèi)集合原理相似，隨著相鄰樹單元的增加，單元節(jié)點(diǎn)就更少可能連接到這個(gè)樹。該概率詳細(xì)說明路

7、由樹增長(zhǎng)率和結(jié)構(gòu)。，當(dāng)拓?fù)涞臄_動(dòng)發(fā)生，連接失敗將繁殖到樹下，以刪除不可用的路由表入口。圖4顯示有和沒有拓?fù)鋽_動(dòng)的情況下，階躍時(shí)間的平均跳躍距離(asfortheSpinGlassmodelinfig2.)圖5顯示了有和沒有擾動(dòng)時(shí)的功率消耗。IV.COULOMBICMODEL（庫(kù)倫定律模型）庫(kù)倫定律模型是一個(gè)預(yù)處理步驟，和第五節(jié)討論的信息素方法使用。目的是使得數(shù)據(jù)源均勻的分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)包能從他們最近的節(jié)點(diǎn)中找到數(shù)據(jù)源。那時(shí)將用到信息素路由以保持?jǐn)?shù)據(jù)源和接收器之間的高效路由庫(kù)