[發明專利]一種無線傳感器網絡層級結構數據融合方法

有效

• 申請號: 200710304577.1
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101471952A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發明（設計）人: 周新運;孫利民;皇甫偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院軟件研究所
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙）
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明涉及一種數據融合方法，尤其涉及一種無線傳感器網絡層級結構數據融合方法， 屬于無線傳感器網絡領域。

背景技術

無線傳感器網絡是由大量的感知節點組成，節點間通過無線通信的方式逐跳傳遞信息， 協作的完成所覆蓋區域信息采集的任務。信息具有一定的實時性，即要求在一定的時間內傳 送到用戶。傳感器網絡的節點通常使用電池供電，必須盡量降低能量的消耗。數據融合方法 是中轉節點利用信息的冗余性，把多份信息經過處理得到一份或少量的信息以降低網絡通信 開銷的方法。數據融合方法在降低網絡通信量的同時，也增加了信息的傳輸延時。節點的數 據融合時間的分配是數據融合方法的核心內容。

U?Roedig等人2004年提出了一種集中式的暴力窮舉算法(Brute-Force?Algorithm)(參考： U?Roedig，A?Barroso，CJ?Sreenan.Determination?of?Aggregation?Points?in?Wireless?Sensor Networks.In：Proceedings?of?the?30th?Euromicro?Conference(EUROMICRO)，2004.503-510.)，其 通過計算所有可能的延時分配方案下傳輸路徑上各節點進行數據融合的概率以及所產生的增 益值，增益值最大的延時分配方案即為所求。然而，由于采用類似窮舉的算法，其計算復雜 度很高且難以實現。該文隨即提出了一種簡化的啟發式算法即確定融合點算法DAP，規定在 每條路由中將所有可能的延時時間集中在一個節點上。該算法仍然依據計算的概率信息，但 對于每條葉節點到Sink節點的路由只將融合時間分配到一個固定點上，降低了算法復雜度， 但同時降低了算法精度和融合效果。作為對比，該文亦介紹了平均分配方法UTA和層級分配 方法HTA。Jae?Young?Choi等人2006年提出了一種協商式的分布式分配方法(參考：Jae?Young Choi，Sunghyun?Choi，Wook?Hyun?Kwon，and?Hong?Seong?Park.Aggregation?Time?Control Algorithm?for?Time?constrained?Data?Delivery?in?Wireless?Sensor?Networks.In：Proceedings?of IEEE?VTC?2006-Spring，Melbourne，Australia，May?7-10，2006.)。在網絡應用過程中，各傳感器 節點按照一定的規則，自主的增加傳輸延時的時間。匯聚節點則負責檢查接收的每一個分組 是否超時。一旦發現分組超時，匯聚節點啟動超時信息廣播，使相應的節點減少延時時間。 此過程不斷重復，直到到達穩定狀態。該策略能夠有效的抑制數據分組超時，但其融合效果 一般，而且何時能夠達到穩定狀態也很難控制。

因此目前無線傳感器網絡的數據融合方法主要存在的問題是融合效果差，數據處理復雜 性高的不足。

發明內容

本發明將在保證延時約束的條件下，給出一種無線傳感器網絡層級結構數據融合方法， 本發明的方法是一種數據處理復雜度很低，融合時間分配方法實現較為簡單，融合效果有明 顯改善的層級結構的數據融合方法。

本發明提出了一種二維部署的無線傳感器網絡周期性數據采集應用中，高效的數據融合 方法。節點采集數據或者收到來自其它節點的中轉數據，并不立刻發送，而是等待一定的時 間(融合等待時間)，對等待時間內收到的所有數據進行處理得到一份數據發送到下一跳節點 進行具體數據融合。節點被按照距離匯聚節點(Sink?Node)的跳數分為不同的層次，本方法按 照層次為節點分配融合等待時間。通過對網絡融合模型的流量分析，我們發現了數據融合時 間分配的三角形層級分配方法，并提出了臨界融合層的概念。與以往的節點分配時間方法不 同，本方法設定了臨界融合層(臨界融合層的確定由預分配階段的多次性能比較測試確定)， 對臨界融合層以外的節點不執行數據融合操作(即收到數據后立刻轉發)；對該層(含該層邊 界上的節點)以內的節點，按照距離SINK的遠近線性的分配融合等待時間，距離SINK越遠 的層次，獲得的融合等待時間越長。

綜合上述分析，本發明的技術方案為：

一種無線傳感器網絡的層次結構數據融合方法，其步驟為：

1)匯聚節點確定臨界融合層Hc；