[發明專利]數據融合方法及裝置

無效

• 申請號: 201210060266.6
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102594906A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王冠凌;王俊杰;顧梅;江明;凌有鑄;陳孟元;孫新柱
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學;王冠凌
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，尤其涉及一種數據融合方法及裝置。

背景技術

無線傳感器網絡(WSN：Wireless?Sensor?Network)是大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構成的無線網絡，其目的是協作地感知、采集、處理和傳輸網絡覆蓋地理區域內感知對象的監測信息，并報告給用戶。大量的傳感器節點將探測數據，通過匯聚節點經其它網絡發送給了用戶。

無線個域網(WPAN：Wireless?Personal?Area?Network)為無線傳感器網絡的一個重要分支，是為了實現活動半徑小、業務類型豐富、面向特定群體、無線無縫的連接而提出的新興無線通信網絡技術。WPAN能夠有效地解決“最后一英里”的瓶頸問題，進而將無線聯網進行到底。

對于WPAN而言，其更加關注于個人空間，并以結構簡單、通信距離短、功率低以及成本低等特點成為當今無線傳感器網絡的研究熱點。WPAN主要由隨機部署在監測區域的具有感知能力的大量微小傳感器網絡節點組成，通過無線通信的方式構成一個多跳的分布式自組織智能化網絡系統，協作的實現實時感知、采集和處理網絡覆蓋區域中信息，并將所述信息發送給終端用戶。

就目前而言，在WPAN中，電池通常作為網絡節點的能源。因此，WPAN面臨的主要問題是如何在有限的能量供應、有限的計算能力、有限的存儲空間和有限的通信能力下完成感知、通信、計算和控制功能，而能源的高效利用則是首先要解決的問題。

一般來講，可以通過數據融合技術來減少網絡中的數據傳輸量，降低網絡能源消耗，進而使得網絡能源可以高效利用。所謂數據融合是指將多個不同源節點傳來的數據進行融合，刪除冗余、無效和可信度較差的數據的技術。通過數據融合可以減少數據傳輸量，節省網絡節點的能耗，延長網絡生命的周期。

無線個域網的數據融合與其應用息息相關，對于無線個域網來講，其在采用數據融合技術節省網絡能量、提高信息準確度、減輕網絡擁塞的同時，是以增加網絡的平均延遲和降低網絡的魯棒性為代價的。

無線個域網數據融合的效率與被監測數據自身的特性與表達形式、網絡拓撲結構及其具體應用、網絡節點的融合時間相關。因此，無線個域網數據融合技術的核心問題是如何在提高數據融合效率的同時，盡可能的減少網絡的平均延遲、增強網絡的魯棒性。

鑒于無線個域網的網絡節點自身的特性和實際需要，現有技術中通過如下方式進行數據融合。

第一種：應用層的數據融合。

用戶根據應用需要組織收集數據，采用分布式數據庫技術對收集到的數據進行逐步查詢篩選，達到數據融合的效果。然而，在應用層進行數據融合只適用于網絡規模較小，且單個節點的計算和存儲能力較為充足的網絡。

第二種：網絡層的數據融合。

網絡層的數據融合，主要是將路由協議與數據融合相結合，所述路由協議通常包括：基于查詢的路由協議、基于層次的路由協議和基于鏈路的路由協議。

對于基于查詢的路由協議而言，例如：定向擴散，其是通過緩存機制實現路徑建立階段的融合和數據發送階段的融合，因此，會存在緩存時間過長的問題。

對于基于層次的路由協議而言，例如：低功耗自適應集簇分層型協議(LEACH：Low?Energy?Adaptive?Clustering?Hierarchy)，其將網絡劃分為多個簇，簇內成員將數據傳輸給簇頭進行融合處理后再將結果直接發給匯聚節點，但是該協議中僅強調了進行數據融合，但未給出具體的數據融合方法。

對于基于鏈的路由協議而言，例如：PEGASIS協議(Power-Efficient?GAthering?inSensor?Information?Systems)，其在基于2個假設的前提下利用貪心算法將網絡中的所有節點連接成一條單鏈，隨機選取一個節點作為首領，中間節點在傳遞數據前進行融合操作，最終由首領節點將結果直接傳輸給匯聚節點，基于該協議的數據融合，存在假設不易成立，網絡的平均延遲較大、魯棒性較差等問題。

第三種：數據融合樹。

數據融合樹的方法，是指網絡節點在收集數據時通過反向組播樹的形式從分散的節點逐步將監測信息收集起來，樹上的每個中間節點都對采集到的數據進行融合處理，使數據得到及時最大限度的融合。例如：三種數據融合樹的方案，該方案包括：近源匯集、最短路徑樹和貪心增長樹。然而，數據融合樹的方法僅適用于源節點數目少、位置相對集中以及數據相似性比較大的網絡環境。