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基于模糊算法改进的传感器网络平衡算法的研究

时间:2013-09-10 14:55 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:周箐 点击次数:

  1概述
  对于优化无线传感器网络的负载平衡和通信,我们已经进行了大量的研究。其中最著名的一种研究方法是基于GEAR协议的无线传感器网络节点分配法。目前几乎所有的无线传感器网络都基于此协议。GAER协议是一个基于地理位置的路由器协议。它将该节点的位置信息作为选择路由器的主要依据,并根据监测目标的地理位置,进行特定方向的信息传送,以降低无线网络路由的开销。
  然而,随着无线传感器网络的应用环境变得越来越复杂,基于GEAR算法的基本通信协议也逐渐显示出了严重的缺陷,许多研究人员都提出了规则传感器网络节点的调度方法。但鉴于节点随机分布的特点,它无法保证有效的对所有节点进行有规则的调度。假设通过一种非可靠的模式来选择网络节点,则需要太多的经验知识,从而极大地限制了网络节点的调度。有的学者研究了一种基于模糊模式的节点调度方法,通过这种方法可以使用最少的资源找出合适的节点位置。然而,该方法的缺陷是高度依赖于地理位置,能耗等经验知识来进行调度,这就大大的限制了它的应用性和实用性。
  2传统的无线传感器网络GEAR节点分配算法和缺陷
  3模糊加固Q学习算法
  为了解决上述问题,该文引入了强化学习方法。但在Q强化学习方法中,需要很多经验知识作为支持,这就进一步限制了它的实用性。为了克服这个难题,该文提出了向强化学习Q点模糊逼近,模糊控制的输入情况是是成对的状态控制。通过在最佳状态下搜索的Q值,并在添加前面的相应干扰因素后,在模糊控制环境下发挥算法的功效。模糊控制环境在状态转换的过程中得出一个算好的模糊奖励值Q。根据模糊值的错误,进行模糊控制系统结构的调整和学习。这就可以更好地符合无线传感器网络节点模糊能量的环境。从图1可以看出,采用电脑模糊控制的加强型Q学习系统结构。
  在此框架下,学习过程中使用模糊控制网络来描述和存储相关任务。当学习过程通过传感器感知的当前状态为Q时,就会根据当前状态进行模糊搜索控制,并在未知的经验中取得最佳的选择。随后,它会考虑修改最佳策略,使搜索和利用之间达到平衡,以取得执行的最佳效果。
  4基于模糊加强Q学习改进型GEAR算法的建议
  基于GEAR传统无线传感网络协议实现了通过地理位置与能量感知的路由选择。但GEAR网络负载平衡只提供了有限的支持??。例如,如果在网络中的传送路径上出现拥堵,地理位置和能源消耗将保持不变,并且将仍然使用以前的路径发送到网络拥塞区域。这将导致额外的能量消耗。该文通过将模糊强化学习机制引入传统算法,从而本文将网络负载均分到传感器的每一个节点的功能得以实现,从而减少节点的能量消耗,延长了无线传感器网络的生命周期。
  5实验仿真与分析
  6结论
  论文在分析传统GEAR传感器节点分配算法和模糊增强型Q学习算法的基础上,提高了GEAR传感器网络平衡算法。使用模糊神经网络向强化学习结合的Q值与无线传感器节点的分配过程中,选择发送节点根据模糊的Q值或Q值的近似值。它改善了传统的GEAR节点分配算法的缺陷,即高度依赖于地理位置,能源消耗及其他经验知识进行调度。最后,通过仿真实验,证明通信能量消耗曲线的趋势是低于传统的GEAR算法,从而能够避免网络的拥挤。
  参考文献:
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