[發明專利]無線分簇傳感網的信息分流通信方法

有效

• 申請號: 200810060075.3
• 申請日: 2008-03-05
• 公開（公告）號: CN101282291A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 付耀先
• 申請（專利權）人: 中科院嘉興中心微系統所分中心
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L12/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 沈志良

技術領域

本發明涉及無線通信領域，特別涉及一種無線分簇傳感網的信息分流通信方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network，WSN)涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域，其綜合了傳感器技術、嵌人式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并將該些信息通過無線方式予以發送，同時還能以自組多跳的網絡方式傳送到用戶終端，從而實現物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通，因此，傳感器網絡具有十分廣闊的應用前景，尤其在軍事國防、工農業、城市管理、生物醫療、環境監測、搶險救災、防恐反恐、危險區域遠程控制等許多重要領域都有潛在的實用價值，已經引起了許多國家學術界和工業界的高度重視，被認為是對21世紀產生巨大影響力的技術之一。

無線傳感器網絡系統通常包括傳感器節點、匯聚節點(Sink?node)兩大類。大量具有無線傳輸能力的傳感節點由電池供電，隨機部署在監測區域內，通過自組織方式構成網絡。傳感節點將興趣事件通過節點間多跳方式上傳至Sink，在上傳過程中傳感數據可能與其他節點進行協同或融合處理，從而達到提高上傳信息熵和降低網絡負載的目的。Sink在收集目標區域的信息后通過互聯網絡或衛星發送至終端用戶或網絡數據庫。為了更好的實現信息融合，目前大多情況下采用分簇網絡拓撲來進行信息的傳遞。與平面網絡相比，分簇網絡在數據融合、節能、網管、吞吐量等方面都具有明顯的優勢，已經成為設計和部署大規模無線傳感器網絡的一種重要方法。

典型的分簇網絡拓撲如圖所示。相互靠近的節點被分為小的分組，稱為簇。每個簇有一個協調者，稱為簇頭。簇可理解為兩層結構，簇頭為上層結構，簇成員為下層結構。圖中給出典型的信息傳輸上報方式。簇成員將數據信息上報給相應簇頭，簇頭通過其他簇頭將信息匯聚至中心節點。由于簇頭節點經常進行更遠距離的傳輸，和其他成員節點相比而言具有更多的能量消耗。通常情況下，采用重新建簇來選擇能量充足的節點來作為簇頭，從而可將負載均衡的分散于各個節點。除獲得能量有效性外，簇減少了信道搶占和包沖突，使在高負載情況下的表現更好，能夠有效延長網絡生命周期。

在傳輸過程中不斷進行數據融合，從而減少數據流量，被認為是傳感網的主要特點之一，是分簇架構得以廣泛接受的基礎。但MAC層是否能夠進行數據融合以及如何進行數據融合是目前研究較少的領域，還沒有成熟的研究成果。實際上，在不同應用需求下，信息的可融合性有待考慮。

特別地，觀察如圖所示的應用模型。以典型的入侵探測為例進行說明，當目標進入WSN布設區域時，隨機散布的節點1，2，5，3，7將依次探測到目標。對于用戶而言，處于檢測態時，需要獲得的基本的信息為目標報警、目標類型及目標運行軌跡等。此時，節點1，2，5，3，7上傳的原始信息為目標觸發、經模式識別后的目標類型，本身信息量較小，且由于該信息均針對同一目標，信息高度相關，可在傳輸過程中通過信息融合方式匯集。如節點1，2的原始信息匯集后為目標觸發，目標類型(經融合后提高了識別概率)，目標軌跡(通過節點1，2)，更多節點的匯集結果與此類似，目標觸發，目標類型(識別概率進一步提高)，目標軌跡(1，2，5，3，7…)，最終傳輸到用戶端的信息和原始信息在傳輸數據量上相去不遠。而用戶在收到該融合后的報警信息時，若對某個節點處的直接信息感興趣，如需觀察圖像探測器拍得的目標圖片信息時，信息的傳輸模式和上述情況存在著完全的不同，該信息量較大，且在傳輸過程中無法與其他信息進行融合處理。

在上述典型應用中存在兩種情況：數據聚合和數據非聚合情況。即匯聚到簇頭節點的聚合因子α是不一樣的。α較大時數據間的相關程度高，聚合后的數據量就越小，適合采用分簇網絡構架。但對于α較小的非信息融合模型，分簇網絡構架的信息傳輸的高效性值得考慮。此時匯聚到簇頭處的信息量較大，而基于所有節點相同的考慮，采用簇頭作為信息上傳的主要途徑將造成較大的時延，且加大簇頭的開銷。而在分簇拓撲下，所有上層協議均以簇為單位建立，為非融合模型來設立專門的傳輸途徑又開銷太大。