[發(fā)明專利]一種提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210002364.4
• 申請(qǐng)日: 2012-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102438291A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳彩蓮;劉亞雄;關(guān)新平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W40/02
• 分類號(hào): H04W40/02;H04W72/12;H04W84/18
• 代理公司: 上海旭誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)融合方法，尤其涉及一種提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism?System，MEMS)、片上系統(tǒng)(SOC，System?on?Chip)、無(wú)線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Networks，WSNs)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來(lái)了信息感知的一場(chǎng)變革。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并將感知結(jié)果發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)(Sink)。在軍事國(guó)防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、智能家居、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般最終的目的是將所有傳感器所采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，然后在匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析，這個(gè)過(guò)程叫作數(shù)據(jù)收集。由于傳感器節(jié)點(diǎn)自身攜帶的能量非常有限，而傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置方式和應(yīng)用環(huán)境又決定了不可能頻繁更換節(jié)點(diǎn)電池，因此對(duì)于數(shù)據(jù)收集來(lái)說(shuō)，一個(gè)重要的挑戰(zhàn)就是在保證數(shù)據(jù)收集成功率的前提下，減少傳輸?shù)拇螖?shù)，達(dá)到信息有效性和冗余性的平衡，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量，降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗，從而延長(zhǎng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。

一般來(lái)說(shuō)，布置在同一區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上都是有相關(guān)性的，這些數(shù)據(jù)的相關(guān)性就造成了最后傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)冗余。在一些關(guān)鍵的連接節(jié)點(diǎn)上，在它將所采集以及接收到的數(shù)據(jù)向前傳給匯聚節(jié)點(diǎn)之前，如果能夠清除掉這些數(shù)據(jù)里的冗余信息，那么就能減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)量，從而提高有效網(wǎng)絡(luò)容量，這個(gè)技術(shù)叫作數(shù)據(jù)融合。在WSNs中，采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對(duì)提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的容量意義重大。

Mingyan?Liu等人在2003年第43期Computer?Networks發(fā)表的“Data-gathering?wireless?sensor?networks：Organization?and?capacity(數(shù)據(jù)收集的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)：結(jié)構(gòu)和容量)”中提出了基于虛擬節(jié)點(diǎn)提高網(wǎng)絡(luò)容量的方法。在多對(duì)一的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景與TDMA(Time?Division?Multiple?Access)的模式下，引入虛擬節(jié)點(diǎn)的概念可以在一定程度上提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量。但是他們并沒(méi)有考慮數(shù)據(jù)的相關(guān)性，只是將所采集到的數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)。

Raghupathy?Sivakumar等人于2005年在Proceedings.of?The?First?International?Conference?on?Wireless?Internet發(fā)表的“A?scalable?correlation?aware?aggregation?strategy?for?wireless?sensor?networks(用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展具有相關(guān)性意識(shí)的融合策略)”中給出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相關(guān)性融合的策略。他們首先給出了數(shù)據(jù)融合的模型，然后將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇，接著在分好的每個(gè)簇中進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后再將融合好的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。但是他們只給出了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并沒(méi)有分析在融合之后對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)容量的影響。

Xiang-Yang?Li等人于2009年在Proc.of?The?6th?Annual?IEEE?Communications?Society?Conference?on?Sensor，Mesh?and?Ad?Hoc?Communications?and?Networks(SECON′09)發(fā)表的“Order-Optimal?Data?Collection?in?Wireless?Sensor?Networks：Delay?and?Capacity(無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中階次最優(yōu)的數(shù)據(jù)收集：時(shí)延和容量)”中，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為很多小的方形網(wǎng)格，然后對(duì)每個(gè)網(wǎng)格里所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，再將融合好的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。但是他們只考慮了最簡(jiǎn)單的融合情況，也就是所有的數(shù)據(jù)在同一節(jié)點(diǎn)上都能融合成一個(gè)數(shù)據(jù)包，這樣會(huì)丟失很多數(shù)據(jù)的有效信息，這與很多實(shí)際情況都不相符。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，減少數(shù)據(jù)收集過(guò)程中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸次數(shù)與能量開(kāi)銷，達(dá)到提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的目的。

發(fā)明內(nèi)容