無線通信論文
摘要：傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)定位方法無法有效處理節(jié)點(diǎn)功率波動以及模糊環(huán)境對故障節(jié)點(diǎn)定位精度的干擾。提出基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)定位方法，分析了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)故障定位的三種作用形式，融合形式1和3對冗余節(jié)點(diǎn)故障進(jìn)行定位，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成預(yù)測器，將前一采樣時刻的正常輸出交叉輸入n個小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲取節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時刻的預(yù)測輸出值，取節(jié)點(diǎn)預(yù)測輸出值和真實(shí)輸出值的殘差，若該殘差值高于閾值，則說明該節(jié)點(diǎn)是故障節(jié)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提故障節(jié)點(diǎn)定位方法能夠?qū)?jié)點(diǎn)的附加、倍數(shù)以及短路故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
關(guān)鍵詞：無線通信論文
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)張。但是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)受到自身以及外界因素的干擾，會出現(xiàn)較多的故障，導(dǎo)致傳感網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量降低[12]。傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)定位方法，無法有效處理節(jié)點(diǎn)功率波動以及模糊環(huán)境對故障節(jié)點(diǎn)定位精度的干擾，具有較高的局限性。因此，尋求有效的方法對故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，具有重要的應(yīng)用意義。
1基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)
1.1小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)故障定位的作用形式
根據(jù)小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)故障定位中作用，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障節(jié)點(diǎn)定位過程作用劃分成如下三種形式：(1)將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成分類器，將節(jié)點(diǎn)輸出當(dāng)成小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值，用“1”和“0”描述節(jié)點(diǎn)存在故障以及不存在故障，并將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)當(dāng)成網(wǎng)絡(luò)輸出[3]，通過不同的故障模式對小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施訓(xùn)練，采用訓(xùn)練好的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器對無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。該方法的定位原理如圖1所示。(2)將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成觀測器，基于大量的隱層，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可對系統(tǒng)輸入/輸出樣本實(shí)施自主學(xué)習(xí)，逼近真實(shí)的動態(tài)系統(tǒng)[4]。基于傳統(tǒng)觀測原理塑造小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器，通過正常工作情況下的數(shù)據(jù)對小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，采用訓(xùn)練好的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)觀測器形成故障殘差，完成無線傳感故障節(jié)點(diǎn)的定位[5]。定位原理如圖2所示。絡(luò)塑造傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的預(yù)測模型，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入值為節(jié)點(diǎn)的前一時刻輸出值，網(wǎng)絡(luò)輸出是節(jié)點(diǎn)的輸出預(yù)測值，對比該預(yù)測值同節(jié)點(diǎn)的真實(shí)輸出值，產(chǎn)生殘差實(shí)施故障節(jié)點(diǎn)定位。該方法的定位原理如圖3所示。在對孤立節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障定位時，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成觀測器，將節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時刻的輸入當(dāng)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，逼近節(jié)點(diǎn)當(dāng)前時刻的正常輸出為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出[67]。融合形式1和3定位冗余節(jié)點(diǎn)故障，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成預(yù)測器，將前一采樣時刻的正常輸出當(dāng)成小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，預(yù)測節(jié)點(diǎn)當(dāng)前采樣時刻的輸出，獲取差值信號，再同預(yù)先設(shè)置的閾值實(shí)施對比，則高于閾值的差值信號對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為故障節(jié)點(diǎn)。
1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)冗余節(jié)點(diǎn)故障定位
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)冗余節(jié)點(diǎn)故障定位示意圖見圖4.其由無線傳感網(wǎng)絡(luò)、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器以及信息定位方案構(gòu)成。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中有n個檢測值存在冗余關(guān)系的傳感器節(jié)點(diǎn)，x1,x2,…,xn-1,xn用于描述n個傳感器節(jié)點(diǎn)的輸出值。采用圖3描述的結(jié)構(gòu)圖，將小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)成預(yù)測器，獲取節(jié)點(diǎn)后續(xù)時刻的正常輸出。本文方法定位無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)前，需要塑造n個小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器，并訓(xùn)練這些預(yù)測器。在無線傳感網(wǎng)絡(luò)簇中全部節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)都是正常時，采集訓(xùn)練樣本。通過交叉訓(xùn)練方法對訓(xùn)練樣本實(shí)施訓(xùn)練[8]，交叉訓(xùn)練k個小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器的過程如圖5所示。其他預(yù)測器的訓(xùn)練方式也采用該交叉訓(xùn)練方式。由圖5可知，若無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的采樣時刻是t0,t1,t2,…,tn，傳感節(jié)點(diǎn)在t0,t1,t2,…,ti(i<n)時刻正常運(yùn)行，則基于t0,t1,t2,…,ti(i<n)時刻的節(jié)點(diǎn)輸入/輸出塑造訓(xùn)練樣本，交叉訓(xùn)練n個小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器，在對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位[910]。
2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
實(shí)驗(yàn)采用本文提出的基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)定位方法，對某無線傳感測溫系統(tǒng)中的溫度傳感節(jié)點(diǎn)故障進(jìn)行定位分析，檢測本文方法的性能，實(shí)驗(yàn)設(shè)置閾值為0.5℃。實(shí)驗(yàn)將歸一化的檢測樣本輸入到訓(xùn)練好的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器內(nèi)，并對其輸出進(jìn)行反歸一化處理，同溫度節(jié)點(diǎn)故障檢測樣本進(jìn)行對比，獲取溫度節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生1℃偏差故障、0.05倍數(shù)故障以及短路故障的殘差曲線，分別如圖6、圖7所示。分析圖6可得，無線傳感網(wǎng)絡(luò)溫度傳感節(jié)點(diǎn)存在1℃附加故障后，其殘差曲線高于報(bào)警閾值，有效定位出了故障。能看出當(dāng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)存在附加故障，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器在其殘差高于閾值下，準(zhǔn)確定位出該故障節(jié)點(diǎn)。圖7所示的無線傳感溫度節(jié)點(diǎn)的倍數(shù)故障是平穩(wěn)波動的故障，隨著采樣節(jié)點(diǎn)的增加，節(jié)點(diǎn)同小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器輸出形成的殘差也逐漸提升，如果殘差高于報(bào)警閾值，則小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器可定位出故障節(jié)點(diǎn)。
3結(jié)論
本文提出基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)故障節(jié)點(diǎn)定位方法，其能夠?qū)?jié)點(diǎn)的附加、倍數(shù)及短路故障進(jìn)行定位。
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