[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效數(shù)據(jù)融合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710304580.3
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101471865A
• 公開（公告）日: 2009-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 皇甫偉;孫利民;周新運(yùn);段斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院軟件研究所
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L1/16;H04L12/28
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙）
• 代理人: 余長江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)融合方法，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效數(shù)據(jù)融合方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的感知節(jié)點組成，節(jié)點間通過無線通信的方式逐跳傳遞信息，協(xié)作的完成所覆蓋區(qū)域信息采集的任務(wù)。信息具有一定的實時性，即要求在一定的時間內(nèi)傳送到用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點通常使用電池供電，必須盡量降低能量的消耗。數(shù)據(jù)融合方法是中轉(zhuǎn)節(jié)點利用信息的冗余性，把多份信息經(jīng)過處理得到一份或少量的信息以降低網(wǎng)絡(luò)通信開銷的方法。執(zhí)行數(shù)據(jù)融合的節(jié)點在收到一份數(shù)據(jù)后，并不是立即向下一跳節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，而是把該數(shù)據(jù)緩存一段時間，稱為融合時間；當(dāng)融合時間結(jié)束，該節(jié)點把在融合時間內(nèi)收到的所有數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后得到一份或少量的信息傳送到下一跳節(jié)點。通常而言，融合時間越長，在該時間段內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)就越多，數(shù)據(jù)處理后就能更顯著的降低數(shù)據(jù)量，就能更有效的降低網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信量；反之，融合時間越短，獲得的數(shù)據(jù)越少，融合的效果就越差，數(shù)據(jù)通信量的降低就越不明顯。然而，數(shù)據(jù)需經(jīng)由多跳的傳輸?shù)竭_(dá)(中心)匯聚節(jié)點，中轉(zhuǎn)節(jié)點的融合時間增加，會影響數(shù)據(jù)的實時性，因此必須考慮在數(shù)據(jù)延時受約束的條件下盡量實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)融合。?

沿信息傳輸路徑，中轉(zhuǎn)節(jié)點的融合時間分配是影響融合效果的主要因素，是融合技術(shù)的核心問題。U?Roedig等人于2004年提出了一種集中式的暴力窮舉算法(布魯特福斯算法，Brute-Force)(參考：U?Roedig，A?Barroso，CJ?Sreenan.Determination?of?Aggregation?Pointsin?Wireless?Sensor?Networks.In：Proceedings?of?the?30th?Euromicro?Conference(EUROMICRO)，2004.503-510.)，該方法計算所有可能的延時分配方案對應(yīng)的傳輸路徑上各節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的概率以及所產(chǎn)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(fù)雜度很高且難以實現(xiàn)。該文隨即提出了一種簡化的啟發(fā)式算法，規(guī)定在每條路由中將所有可能的延時時間集中在一個節(jié)點上，相當(dāng)于一種粗粒度的貪婪算法。以下稱這種簡化的啟發(fā)式算法為DAP(Determination?of?AggregationPoint)數(shù)據(jù)融合方法。該算法仍然依據(jù)計算的概率信息，但對于每條葉節(jié)點到Sink節(jié)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(fù)雜度，但同時降低了算法精度和融合效果。此外，他們給出了兩種平凡的數(shù)據(jù)融合時間分配方法，即平均分配法EDA(EvenDistributed?Algorithm)和按層次指數(shù)遞減方法HDA(Hierarchy?Distributed?Algorithm)。平均分配方法為所有的節(jié)點分配相同的融合時間，等于總的延時約束除以總層數(shù)。指數(shù)遞減方法為靠近中心的節(jié)點分配最多的融合時間，越靠外的層次中的節(jié)點的融合時間越小，呈2的負(fù)指數(shù)次冪遞減。?

Jae?Young?Choi等人2006年提出了一種協(xié)商式的分布式分配方法ATC(融合時間控制算法，Aggregation?Time?Control)(參考：Jae?Young?Choi，Sunghyun?Choi，Wook?Hyun?Kwon，and?Hong?Seong?Park.Aggregation?Time?Control?Algorithm?for?Time?constrained?Data?Deliveryin?Wireless?Sensor?Networks.In：Proceedings?of?IEEE?VTC?2006-Spring，Melbourne，Australia，May?7-10，2006.)。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中，各傳感器節(jié)點按照一定的規(guī)則，自主的增加傳輸延時的時間。匯聚節(jié)點則負(fù)責(zé)檢查接收的每一個分組是否超時。一旦發(fā)現(xiàn)分組超時，匯聚節(jié)點啟動超時信息廣播，使相應(yīng)的節(jié)點減少延時時間。此過程不斷重復(fù)，直到到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。該策略能夠有效的抑制數(shù)據(jù)分組超時，但其融合效果一般，而且何時能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)也很難控制。該算法的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖1所示。?

因此目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合方法主要存在的問題是融合效果差，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜性高的不足。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明將在保證延時約束的條件下，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效數(shù)據(jù)融合方法，本發(fā)明方法的數(shù)據(jù)處理復(fù)雜度較低，融合效果有明顯改善。?