[發(fā)明專利]面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇內(nèi)同構(gòu)型節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210250395.1
• 申請(qǐng)日: 2012-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN102740340A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉少?gòu)?qiáng);譚宗凱;陳文見;李勇周;樊曉平;嚴(yán)珍艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W24/04
• 分類號(hào): H04W24/04;H04W84/18
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 黃美成

1.一種面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇內(nèi)同構(gòu)型節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚方法，該方法面向分簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于：由簇首節(jié)點(diǎn)與簇成員節(jié)點(diǎn)按多節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作流程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚，其中簇首節(jié)點(diǎn)的操作步驟如下：

a)初始時(shí)刻，把簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的測(cè)量值的權(quán)系數(shù)都設(shè)為1，當(dāng)分簇時(shí)確定的本簇成員節(jié)點(diǎn)總數(shù)超過20時(shí)，從中隨機(jī)選取10~12個(gè)節(jié)點(diǎn)參與首輪監(jiān)測(cè)；

b)從第一輪開始，每三輪一次，根據(jù)所接收的成員節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境噪聲觀測(cè)值，采用貝塞爾公式估計(jì)環(huán)境的白噪聲水平σ，以σ作為成員節(jié)點(diǎn)自己評(píng)判是否存在故障的誤差信號(hào)參考值；然后將其無線通信模塊置于發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送σ給簇內(nèi)成員，每三輪更新一次σ值；

c)將無線通信模塊轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，接收本輪工作的各成員節(jié)點(diǎn)報(bào)送的經(jīng)過濾波處理的測(cè)量值，以及各節(jié)點(diǎn)前一輪自己評(píng)定的本輪測(cè)量的可信等級(jí)，根據(jù)當(dāng)前參與匯聚的簇成員節(jié)點(diǎn)數(shù)和節(jié)點(diǎn)測(cè)量值的置信等級(jí)以及對(duì)故障的預(yù)估最差情況，按權(quán)系數(shù)計(jì)算規(guī)則確定各節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)值的權(quán)系數(shù)，將無線通信模塊轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)；

d)若當(dāng)前工作的簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)數(shù)為8以上，則選用加權(quán)偽中值濾波策略，以當(dāng)前工作的成員節(jié)點(diǎn)報(bào)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的加權(quán)偽中值作為本輪的最終匯聚結(jié)果，轉(zhuǎn)步驟g；否則進(jìn)入下一步；

e)若當(dāng)前工作的簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)數(shù)為7以下，則將無線通信模塊轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，再依據(jù)該輪工作的成員節(jié)點(diǎn)報(bào)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用加權(quán)中值濾波策略計(jì)算匯聚結(jié)果，將該匯聚結(jié)果作為本輪的匯聚初值發(fā)送給簇內(nèi)成員；將無線通信模塊轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，等待接收成員節(jié)點(diǎn)本輪第二次發(fā)送數(shù)據(jù)；

f)將第二次接收的成員節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)值和置信等級(jí)與其本輪中節(jié)點(diǎn)第一次報(bào)送的監(jiān)測(cè)值對(duì)比，對(duì)兩次置信等級(jí)一致的各成員節(jié)點(diǎn)的測(cè)量值進(jìn)行加權(quán)均值計(jì)算，以此結(jié)果作為本輪的匯聚結(jié)果；

g)將無線通信模塊轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，將本輪匯聚結(jié)果報(bào)送上級(jí)節(jié)點(diǎn)并廣播給簇內(nèi)成員，以此結(jié)果作為成員更新其監(jiān)測(cè)值置信等級(jí)的判別標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，發(fā)送根據(jù)成員節(jié)點(diǎn)的置信等級(jí)與已工作輪數(shù)確定的簇成員節(jié)點(diǎn)下輪工作或休眠的節(jié)點(diǎn)調(diào)度信息，該信息包括下一輪輪休一次的節(jié)點(diǎn)號(hào)碼和參與工作的節(jié)點(diǎn)號(hào)碼及其報(bào)送數(shù)據(jù)的順序；進(jìn)入休眠，休眠結(jié)束后轉(zhuǎn)下一步；h)重復(fù)b~g步驟。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇內(nèi)同構(gòu)型節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚方法，其特征在于，本輪工作的簇內(nèi)任一成員節(jié)點(diǎn)的操作步驟如下：

1）啟用傳感器采集監(jiān)測(cè)信號(hào)，采用7點(diǎn)或9點(diǎn)中值濾波消除測(cè)量信號(hào)中的脈動(dòng)噪聲干擾；若當(dāng)前輪為每三輪一次的環(huán)境噪聲信號(hào)采集輪，則以節(jié)點(diǎn)中低于工作電壓的穩(wěn)定電壓參考源的輸出電壓作為輸入時(shí)的節(jié)點(diǎn)采樣值，并使用濾波窗口寬度為5的中值濾波器濾除其中的脈動(dòng)干擾噪聲后計(jì)算環(huán)境背景噪聲信息；

2）將自己的無線通信模塊轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，根據(jù)簇首調(diào)度命令指定的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)報(bào)送順序，在輪到本節(jié)點(diǎn)發(fā)送時(shí)向簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送本輪已經(jīng)濾波處理的監(jiān)測(cè)值和與其對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)值的置信等級(jí)、以及每三輪發(fā)送一次的環(huán)境噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)，然后將無線通信模塊轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，等待并接收簇首信息；

3）若接收到簇首發(fā)布的是本輪的匯聚初值，則據(jù)此值判定節(jié)點(diǎn)自身是否屬于新生的明顯故障節(jié)點(diǎn)；若自判為本輪新生明顯故障節(jié)點(diǎn)，則按退出和加入規(guī)則自動(dòng)退出本輪匯聚，待以后恢復(fù)正常后向簇首發(fā)送數(shù)據(jù)申請(qǐng)重新加入；若非明顯故障節(jié)點(diǎn)，則將無線通信模塊轉(zhuǎn)入發(fā)送狀態(tài)，按自己的順序號(hào)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果重新發(fā)送簇首，以排除通信錯(cuò)誤或故障影響，然后無線通信模塊重新轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，等待并接收簇首信息；

4）若收到的是本輪的最終匯聚結(jié)果，則依據(jù)該結(jié)果按自評(píng)規(guī)則更新自己監(jiān)測(cè)值的置信等級(jí)；

5）根據(jù)簇首發(fā)布的調(diào)度命令，確定自己是參加下一個(gè)輪次工作或者下一輪休眠；

6）按周期時(shí)間休眠后重復(fù)1）~5）步驟。

3.如權(quán)利要求1所述的一種面向無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簇內(nèi)同構(gòu)型節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚方法，其步驟b)中，σ＝med(σ₁,σ₂,…,σ_n)，其中y_i是自診斷為正常的當(dāng)前輪次的工作節(jié)點(diǎn)在參考值輸入下的監(jiān)測(cè)值經(jīng)中值濾波后的結(jié)果，式中med表示對(duì)采樣序列進(jìn)行升序或降序排列然后取位于中間位置的值或中間位置的均值。