We consider the design of distributed detection algorithms for single-hop, single-channel wireless sensor networks in which sensor nodes send their local decisions to a fusion center (FC) by using a random access protocol. There is also limited time to collect local decisions before a final decision must be made. We thus propose and analyze a modified random access protocol in which the FC combines slotted ALOHA with a population-splitting algorithm called population-splitting-based random access (PSRA) and collision-aware distributed detection according to an estimate-then-fuse approach. Under the PSRA, only sensor nodes whose observations fall in a particular range of reliability will send their decisions in a specific frame by using slotted ALOHA. At the end of the collection time, the FC applies the collision-aware distributed detection to make a final decision. Here, the FC will first observe the state of each time slot—idle, successful, collision—in each frame, use this information to estimate the number of sensor nodes participating in each frame, and, then, compute a final decision using a population-based fusion rule. An approximation of the optimal transmission probability of the slotted ALOHA is determined to minimize the probability of error. Numerical results show that, unlike slotted-ALOHA-based data networks, the transmission probability maximizing the number of successful time slots does not optimize the performance of the proposed distributed detection. Instead, the proposed distributed detection performs best with a transmission probability that induces many collisions.

我们考虑针对单跳，单通道无线传感器网络的分布式检测算法的设计，在该算法中，传感器节点通过使用随机访问协议将其本地决策发送到融合中心（FC）。在必须做出最终决定之前，收集当地决定的时间也很有限。因此，我们提出并分析了一种改进的随机访问协议，其中FC将开槽的ALOHA与称为基于人口分裂的随机访问（PSRA）的人口分裂算法和根据估计-然后-融合方法的冲突感知分布式检测相结合。在PSRA下，只有其观测值落入特定可靠性范围内的传感器节点才会通过使用带时隙的ALOHA在特定帧中发送其决策。在收集时间结束时，FC应用冲突感知分布式检测做出最终决定。在这里，FC将首先观察每个帧中每个时隙的状态（空闲，成功，冲突），使用此信息来估计每个帧中参与的传感器节点的数量，然后使用总体来计算最终决策基于融合规则。确定时隙ALOHA的最佳传输概率的近似值，以使错误概率最小。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。FC将首先观察每个帧中每个时隙的状态（空闲，成功，碰撞），使用此信息来估计每个帧中参与的传感器节点的数量，然后使用基于总体的计算得出最终决策融合规则。确定时隙ALOHA的最佳传输概率的近似值，以使错误概率最小。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。FC将首先观察每个帧中每个时隙的状态（空闲，成功，碰撞），使用此信息来估计每个帧中参与的传感器节点的数量，然后使用基于总体的计算得出最终决策融合规则。确定时隙ALOHA的最佳传输概率的近似值，以使错误概率最小。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。使用此信息来估计每个帧中参与的传感器节点的数量，然后使用基于总体的融合规则来计算最终决策。确定时隙ALOHA的最佳传输概率的近似值，以使错误概率最小。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。使用此信息来估计每个帧中参与的传感器节点的数量，然后使用基于总体的融合规则来计算最终决策。确定时隙ALOHA的最佳传输概率的近似值，以使错误概率最小。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。确定时隙ALOHA的最佳传输概率的近似值，以使错误概率最小。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。确定带时隙的ALOHA的最佳传输概率的近似值以最小化错误的概率。数值结果表明，与基于时隙ALOHA的数据网络不同，最大化成功时隙数的传输概率不会优化所提出的分布式检测的性能。取而代之的是，建议的分布式检测在导致许多冲突的传输概率上表现最佳。