本發(fā)明屬于信息融合領(lǐng)域，涉及一種傳感網(wǎng)容量型融合方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的信息融合理論中對信號的處理包含集中式和分布式兩種，第一種集中式信號處理(centraliazedsignalprocessing,csp)，所有傳感器的觀測值或消息均傳輸?shù)街行奶幚砥?，中心處理器基于傳統(tǒng)的統(tǒng)計技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)檢測判決或信息處理，這種情況下僅有中心處理器作出統(tǒng)一處理，在傳感器端不作局部判決和處理，理論上，集中式融合系統(tǒng)可獲得最優(yōu)性能。但這需要極大的帶寬。第二種是分布式信號處理(distributedsignalprocessing,dsp)，即由各個傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理以此得到局部判決并將此判決結(jié)果發(fā)送到融合中心，從而產(chǎn)生一個最終的全局決策。分布式信號處理系統(tǒng)的好處是減少通信帶寬需求，提升可靠性和減少成本。
我們在傳感網(wǎng)絡(luò)信息融合研究中發(fā)現(xiàn)，可以從信道容量的角度對各條鏈路傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行集中式融合處理，但現(xiàn)有文獻(xiàn)仍是基于復(fù)雜的概率分布公式，對集中式融合系統(tǒng)的規(guī)模有限制，同時網(wǎng)絡(luò)中各鏈路的連通概率對傳感網(wǎng)絡(luò)的檢測性能的影響也沒有得到很好的體現(xiàn)。基于此，本發(fā)明提出的容量型融合方法(capacityfusionrule,c-fr)對研究傳感網(wǎng)的集中式信息融合問題具有很好的指導(dǎo)意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明旨在提供一種傳感網(wǎng)信息融合方法，能夠基于傳感網(wǎng)鏈路連通概率和信道容量，以較為簡潔直觀的方式對融合系統(tǒng)進(jìn)行集中式信息融合，從融合系統(tǒng)的中斷概率和中斷容量上可以評價融合系統(tǒng)的融合性能。
技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
一種傳感網(wǎng)容量型融合方法，用于傳感網(wǎng)信息融合系統(tǒng)，所述融合系統(tǒng)包括目標(biāo)節(jié)點、融合中心和若干檢測傳感器節(jié)點，每個檢測傳感器檢測目標(biāo)均使用獨(dú)立同分布的信道，所述方法包括以下步驟：
(1)初始化融合系統(tǒng)參數(shù)，包括待融合的檢測傳感器數(shù)目n，統(tǒng)一的單鏈路連通概率p，統(tǒng)一的單鏈路信道容量c0，系統(tǒng)最大信號傳輸速率r以及系統(tǒng)允許的中斷概率ε；
(2)基于檢測傳感器數(shù)目n，單鏈路連通概率p，單鏈路信道容量c0和系統(tǒng)最大信號傳輸速率r計算融合系統(tǒng)中斷概率pout(r)；
(3)根據(jù)中斷概率pout(r)和給定中斷概率ε求解使系統(tǒng)中斷容量存在的單鏈路連通概率的取值范圍p0；
(4)如果p∈p0，則轉(zhuǎn)向步驟(5)，否則結(jié)束；
(5)計算中斷概率數(shù)組q:＝[q1,…,qi,…,qn]，其中
(6)從中斷概率數(shù)組中找出滿足小于中斷概率ε的最大元素值的序號，計算得到融合系統(tǒng)的中斷容量cout。
進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，中斷概率pout(r)的表達(dá)式為：
或為
其中
進(jìn)一步地，所述步驟(3)中滿足條件的單鏈路連通概率的取值范圍p0為
進(jìn)一步地，所述步驟(6)中包括：
(6.1)查找中斷概率數(shù)組中值小于ε的元素并記錄其位置1,…,k；
(6.2)記錄步驟(6.1)中位置序號最大值k。
(6.3)獲得容量型融合系統(tǒng)中斷容量cout為kc0。
有益效果：本發(fā)明方法從集中式融合的角度分析了傳感網(wǎng)的融合系統(tǒng)特性,從信道容量層面提出了一種新的基于鏈路連通概率的融合方法,規(guī)避了傳統(tǒng)的集中式融合方法需要復(fù)雜遞歸運(yùn)算的不利因素,評價融合方法的系統(tǒng)中斷概率和中斷容量也可以表達(dá)融合系統(tǒng)的性能,并且充分考慮到傳感網(wǎng)絡(luò)中鏈路連通特性。進(jìn)一步的，本發(fā)明能夠為體系化的傳感網(wǎng)信息融合提供融合方法指導(dǎo)，使得在考慮鏈路連通特性前提下的網(wǎng)絡(luò)化信息融合問題更易于解析。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的一種傳感網(wǎng)容量型融合方法流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明方法。
如圖1所示，本發(fā)明實施例公開的一種傳感網(wǎng)容量型融合方法，具體包含以下步驟：
步驟(1)初始化融合系統(tǒng)
該融合系統(tǒng)由1個目標(biāo)節(jié)點t，1個融合中心u0，n個檢測傳感器節(jié)點si構(gòu)成，其中i＝1,2,3,…,n，i為檢測傳感器編號，n為自然數(shù)；每個檢測傳感器檢測目標(biāo)t均使用獨(dú)立同分布的信道，記信道容量為c0，每條檢測鏈路的連通概率為p,整個傳感網(wǎng)信息融合系統(tǒng)具有最大信號傳輸速率r，融合系統(tǒng)允許的中斷概率閾值為ε。本步驟中初始化的參數(shù)包括待融合的檢測傳感器數(shù)目n，統(tǒng)一的單鏈路連通概率p，統(tǒng)一的單鏈路信道容量c0，系統(tǒng)最大信號傳輸速率r以及融合系統(tǒng)允許的中斷概率ε等在內(nèi)的各參數(shù)以及設(shè)定評價融合方法性能的參數(shù)。
在設(shè)定評價融合方法性能的參數(shù)方面，本發(fā)明從信道中斷概率和中斷容量的層面對融合系統(tǒng)性能進(jìn)行具體分析。
首先定義每個信道所在鏈路是否連通的概率事件xn
則系統(tǒng)的信道容量為
其中，cn為第n條鏈路的容量。
由于系統(tǒng)允許的信號最大傳輸速率為r，由通信理論可知，系統(tǒng)中斷概率可定義為
系統(tǒng)中斷容量可定義為給定中斷概率約束下系統(tǒng)最大信號傳輸速率
cout:＝max{r:pout(r)≤ε}(4)
其中ε為給定一具體的中斷概率閾值，0≤ε≤1。
步驟(2)計算傳感網(wǎng)融合系統(tǒng)中斷概率pout(r)
由公式(1)～(3)可知，融合系統(tǒng)的中斷概率等價為
綜合公式(1)和(5)，可知pout(r)與單鏈路連通概率p，單鏈路信道容量c0和系統(tǒng)最大信號傳輸速率r有關(guān)，具體表達(dá)式如下：
或展開分段表示為
其中
步驟(3)根據(jù)給定中斷概率ε求解系統(tǒng)中斷容量存在的單鏈路連通概率的取值范圍p0：
步驟(3.1)具體傳感網(wǎng)中會選定一融合系統(tǒng)允許的中斷概率閾值ε，0≤ε≤1；
步驟(3.2)已知檢測傳感器個數(shù)n，根據(jù)給定的ε及步驟(2)的中斷概率pout(r)表達(dá)式，可推導(dǎo)出中斷概率表達(dá)式有效及系統(tǒng)中斷容量存在的必要條件為min{pout(r)}≤ε，根據(jù)公式(6.2)可知，min{pout(r)}＝(1-p)n≤ε，可推導(dǎo)出中斷概率表達(dá)式有效及系統(tǒng)中斷容量存在的必要條件為p須滿足
步驟(4)如果融合系統(tǒng)選定的單鏈路連通概率取值滿足步驟(3.2)求解的p取值范圍，即p∈p0則轉(zhuǎn)向步驟(5)，若不滿足，則無法求解有效的中斷概率及中斷容量，結(jié)束；
步驟(5)計算中斷概率數(shù)組q
步驟(5.1)在給定n及滿足步驟(3.2)的p取值約束下，求解中斷概率數(shù)組元素
步驟(5.2)由步驟(5.1)中各qi(i＝1,2,…,n)組成中斷概率數(shù)組q:＝[q1,q2,…qn]。
步驟(6)計算融合系統(tǒng)的中斷容量cout：
步驟(6.1)查找步驟(5.2)得到的中斷概率數(shù)組q中值小于步驟(3.1)中ε的元素并記錄其位置1,…,k；
步驟(6.2)記錄步驟(6.1)中位置序號最大值k。
步驟(6.3)根據(jù)公式(6.2)及其中r的分段區(qū)間，可知通過上述(1)～(5)，(6.1)～(6.2)步驟篩選過可獲得容量型融合系統(tǒng)中斷容量cout≈kc0。cout為集中式評價系統(tǒng)融合方法的一個性能指標(biāo)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。