Метод оценивания последовательно отсутствующих данных сенсоров с использованием глубокой нейронной сети

Автор(и)

  • Фэн Лю Уайчжунский сельскохозяйственный университет, Китай
  • Хуйлинь Ли Уайчжунский сельскохозяйственный университет, Китай
  • Чжун Ян Уайчжунский сельскохозяйственный университет, Китай

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347018060043

Ключові слова:

беспроводная сенсорная сеть, отсутствующие данные сенсоров, оценивание отсутствующих измерений, глубокая нейронная сеть

Анотація

Явление отсутствующих измерений достаточно распространено в беспроводных сенсорных сетях WSN (wireless sensor networks). Оно оказывает существенное влияние на удобство использования, стабильность и эффективность приложений на основе WSN. Существует множество методов оценивания отсутствующих измерений. Однако точное и эффективное последовательное оценивание отсутствующих измерений остается сложной задачей. Чтобы решить эту проблему, предложен новый метод, названный последовательным оцениванием сенсорных измерений на основе глубокой нейронной сети CSDNN (consecutive sensor data deep neural network). В этом методе, во-первых, анализируются коэффициенты корреляции между различными типами измерений и выбирается определенное количество ближайших соседей из целевого сенсорного узла. Во-вторых, для оценки определенного типа измерений используются различные типы измерений с сильной корреляцией и измерениями одного и того же типа от вышеупомянутых ближайших соседей. Эти измерения рассматриваются как входные данные для глубокой нейронной сети DNN (deep neural network). В-третьих, построена модель DNN, обсуждается оптимизированная структура DNN в случае отсутствующих измерений и проверяется точность CSDNN для различных типов измерений окружающей среды. Согласно полученным результатам, CSDNN позволяет точно оценивать последовательно отсутствующие измерения.

Посилання

Белакбир, Абделхани; Амгхар, Мустафа; Сбити, Навал. “Объединение информации датчиков для определения местонахождения внутри помещения и снаружи,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 57, № 4, С. 3-18, 2014. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347014040013.

Kaur, J.; Randhawa, S.; Jain, S. “A novel energy efficient cluster head selection method for wireless sensor networks,” Int. J. Wireless Microwave Technol., Vol. 8, No. 2, P. 37-51, 2018. DOI: https://doi.org/10.5815/ijwmt.2018.02.04.

Чен, Цзинлян; Яцкив, В. В.; Саченко, А. А.; Су, Цзюнь. “Беспроводные сенсорные сети на основе модульной арифметики,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 5, С. 274-286, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S002134701705003X.

Qushtom, H.; Rabaya, K. “Enhancing the QoS of IoT networks with lightweight security protocol using Contiki OS,” Int. J. Computer Network Inf. Security, Vol. 9, No. 11, P. 27-35, 2017. DOI: https://doi.org/10.5815/ijcnis.2017.11.03.

Товкач, И. О.; Жук, С. Я. “Адаптивная фильтрация параметров движения источника радиоизлучения при комплексном использовании данных сенсорной сети, полученных на основе методов TDOA и RSS,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 60, № 12, С. 685-695, 2017. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347017120020.

Mishra, N.; Soni, H. K.; Sharma, S.; Upadhyay, A. K. “Development and analysis of artificial neural network models for rainfall prediction by using time-series data,” Int. J. Intelligent Systems Appl., Vol. 1, P. 16-23, 2018. DOI: https://doi.org/10.5815/ijisa.2018.01.03.

Zhang, Hongguo; Yang, Liang. “An improved algorithm for missing data in wireless sensor networks,” Proc. of Int. Conf. on Software Intelligence Technologies and Applications & International Conf. on Frontiers of Internet of Things 2014, 4-6 Dec. 2014, Hsinchu, Taiwan. IEEE, 2014, P. 346-350. DOI: https://doi.org/10.1049/cp.2014.1587.

Pan, L.; Gao, Huijun; Li, J.; Gao, Hong; Guo, Xintong. “CIAM: An adaptive 2-in-1 missing data estimation algorithm in wireless sensor networks,” Proc. of 2013 19th IEEE Int. Conf. on Networks, ICON, 10-13 Dec. 2013, Singapore. IEEE, 2013, pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/ICON.2013.6781986.

Alippi, C.; Ntalampiras, S.; Roveri, M. “Model ensemble for an effective on-line reconstruction of missing data in sensor networks,” Proc. of 2013 Int. Joint Conf. on Neural Networks, IJCNN, 4-9 Aug. 2013, Dallas, TX, USA. IEEE, 2013, pp. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1109/IJCNN.2013.6706761.

Satter, A.; Ibtehaz, N. “A regression based sensor data prediction technique to analyze data trustworthiness in cyber-physical system,” Int. J. Inf. Eng. Electron. Business, Vol. 3, P. 15-22, 2018. DOI: https://doi.org/10.5815/ijieeb.2018.03.03.

Gruenwald, L.; Yang, H.; Sadik, M. S.; Shukla, R. “Using data mining to handle missing data in multi-hop sensor network applications,” Proc. of Ninth ACM Int. Workshop on Data Engineering for Wireless and Mobile Access, 6 Jun. 2010, Indianapolis, Indiana. ACM, 2010. DOI: https://doi.org/10.1145/1850822.1850825.

Niu, K.; Zhao, F.; Qiao, X. “A missing data imputation algorithm in wireless sensor network based on minimized similarity distortion,” Proc. of 2013 Sixth Int. Symp. on Computational Intelligence and Design, 28-29 Oct. 2013, Hangzhou, China. IEEE, 2013, pp. 235-238. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCID.2013.172.

Guo, D.; Qu, X.; Huang, L.; Yao, Y.; Liu, Z.; Sun, M.-T. “Sparsity-based online missing sensor data recovery,” Proc. of 2012 IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems, 20-23 May 2012, Seoul, South Korea. IEEE, 2012, pp. 918-921. DOI: https://doi.org/10.1109/ISCAS.2012.6272193.

Fekade, B.; Maksymyuk, T.; Kyryk, M.; Jo, M. “Probabilistic recovery of incomplete sensed data in IoT,” IEEE IoT J., Vol. PP, No. 99, p. 1-1, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/JIOT.2017.2730360.

Xie, K.; Ning, X.; Wang, X.; Xie, D.; Cao, J.; Xie, G.; Wen, J. “Recover corrupted data in sensor networks: A matrix completion solution,” IEEE Trans. Mobile Computing, Vol. 16, No. 5, P. 1434-1448, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TMC.2016.2595569.

Anagnostopoulos, C.; Triantafillou, P. “Scaling out big data missing value imputations: pythia vs. godzilla,” Proc. of 20th ACM SIGKDD Int. Conf. on Knowledge Discovery and Data Mining, 24-27 Aug. 2014, New York, USA. ACM, 2014. DOI: https://doi.org/10.1145/2623330.2623615.

Schmidhuber, J. “Deep learning in neural networks: An overview,” Neural Networks, Vol. 61, pp. 85-117, Jan. 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neunet.2014.09.003.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-29

Як цитувати

Лю, Ф., Ли, Х., & Ян, Ч. (2018). Метод оценивания последовательно отсутствующих данных сенсоров с использованием глубокой нейронной сети. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 61(6), 336–348. https://doi.org/10.20535/S0021347018060043

Номер

Том 61 № 6 (2018)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.