專利名稱：一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡技術領域，更具體地說，涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法和裝置。
背景技術：
不同于傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)絡是以數(shù)據(jù)為中心的感知網(wǎng)絡。環(huán)境監(jiān)測與數(shù)據(jù)收集是無線傳感器網(wǎng)絡典型的應用和操作。眾所周知，由于傳感器節(jié)點能量有限、通信能力有限，網(wǎng)絡很難支持把所有節(jié)點收集的數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)交具M行處理。事實上，由于不同的傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)之間存在著相關性和冗余性，也沒有必要把所有節(jié)點收集的數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)交尽?shù)據(jù)融合技術是消除或降低數(shù)據(jù)冗余性，提高無線傳感器網(wǎng)絡效率的一種有效手段。當前，數(shù)據(jù)融合已經(jīng)成為無線傳感器網(wǎng)絡的核心關鍵技術之一，是相關研究領域中的熱點。融合函數(shù)是數(shù)據(jù)融合的核心，定義了對所收集數(shù)據(jù)的處理方法。與分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)一致，傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)實際使用的基本數(shù)據(jù)融合函數(shù)包括SUM、COUNT、AVERAGE、MAX、MIN等。其中，SUM表示對一組數(shù)據(jù)進行求和；C0UNT表示對一組數(shù)據(jù)的個數(shù)進行統(tǒng)計；AVERAGE表示計算一組數(shù)據(jù)的平均值；MAX表示從一組數(shù)據(jù)中找到最大值;MIN表示從一組數(shù)據(jù)中找到最小值。采用以上融合函數(shù)對傳感器節(jié)點收集的原始數(shù)據(jù)進行預處理，可以極大地降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜哂嘈?，這一點已經(jīng)在著名的TinyDB和Cougar系統(tǒng)中得到驗證。融合函數(shù)的具體選擇取決于應用的需求。在農(nóng)業(yè)、林業(yè)生產(chǎn)等典型場景中，無線傳感器網(wǎng)絡被用于實時地監(jiān)測溫度、濕度等參數(shù)的變化。針對此類應用需求，采用MAX-MIN融合函數(shù)獲取氣候參數(shù)的最大值和最小值尤為重要，因為農(nóng)作物和經(jīng)濟作物常常對極端的氣候條件很敏感。因此，能量高效的MAX-MIN融合方案對于提高無線傳感器網(wǎng)絡的性能有著重要的意義。針對MAX-MIN融合，現(xiàn)有的技術方案是采用逐次上報法。采用逐次上報法，網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點按照預定的通信順序，依次向基站上報自己收集的數(shù)據(jù)?；臼占饺抗?jié)點上報的數(shù)據(jù)之后，使用MAX-MIN融合函數(shù)對數(shù)據(jù)進行融合處理，獲得全網(wǎng)所收集數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。通過研究發(fā)現(xiàn)，逐次上報法的缺點是，在傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)的階段，存在節(jié)點上報冗余數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。下面以一個實際例子進行說明。假設一個網(wǎng)絡中存在10個節(jié)點。在一次數(shù)據(jù)上報過程中，基站依次收到的數(shù)據(jù)是Vl，v2，-,V100如果V3和V5分別是這10份數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，那么，即使缺少數(shù)據(jù)v6，v7, v8, v9, Vltl，基站也能得到正確的數(shù)據(jù)融合結(jié)果。換言之，數(shù)據(jù)v6，v7，v8，v9，Vltl是冗余的。通常，節(jié)點上報冗余數(shù)據(jù)，對于最終生成的融合結(jié)果沒有任何增益，但是卻能夠浪費傳感器節(jié)點寶貴的傳輸帶寬和能耗。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法和裝置，在保證MAX-MIN融合結(jié)果精確的前提下，降低網(wǎng)絡中節(jié)點的能耗。本發(fā)明實施例提供一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法，所述無線傳感器網(wǎng)絡采用分簇型的層級結(jié)構(gòu)，假設簇內(nèi)有n個傳感器節(jié)點，包括在一個調(diào)度周期內(nèi)的第一階段，由簇內(nèi)m(m < n)個傳感器節(jié)點依次向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)，所述簇頭傳感器節(jié)點根據(jù)簇內(nèi)m個傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)生成臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果；在所述調(diào)度周期內(nèi)的第二階段，由所述簇頭傳感器節(jié)點向剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點廣播所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果；由所述剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點根據(jù)所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果，分別判斷自身待上傳的數(shù)據(jù)是否屬于冗余數(shù)據(jù)；在所述調(diào)度周期內(nèi)的第三階段，所述剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點中，當確定自身待上傳的數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)時，則向所述簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)；當確定自身待上傳的數(shù)據(jù)屬于冗余數(shù)據(jù)時，則處于睡眠狀態(tài)；所述簇頭傳感器節(jié)點根據(jù)所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果以及所述(n-m)個傳感器節(jié)點中確定自身待上傳的數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)，生成最終MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果。優(yōu)選的，所述簇內(nèi)傳感器節(jié)點的介質(zhì)訪問控制子層采用時分多址協(xié)議。優(yōu)選的，所述調(diào)度周期內(nèi)的第一階段包含m個通信時隙；所述調(diào)度周期內(nèi)的第二階段包含I個通信時隙；所述調(diào)度周期內(nèi)的第三階段包含(n-m)個通信時隙。進一步，所述方法還包括設置所述調(diào)度周期內(nèi)第一階段中向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點數(shù)目，使得簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗最低。優(yōu)選的，所述設置所述調(diào)度周期內(nèi)第一階段中向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點數(shù)目，使得簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗最低，包括獲取所述調(diào)度周期內(nèi)，簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗
權利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡采用分簇型的層級結(jié)構(gòu)，假設簇內(nèi)有η個傳感器節(jié)點，包括 在一個調(diào)度周期內(nèi)的第一階段，由簇內(nèi)m(m < η)個傳感器節(jié)點依次向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)，所述簇頭傳感器節(jié)點根據(jù)簇內(nèi)m個傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)生成臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果； 在所述調(diào)度周期內(nèi)的第二階段，由所述簇頭傳感器節(jié)點向剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點廣播所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果；由所述剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點根據(jù)所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果，分別判斷自身待上傳的數(shù)據(jù)是否屬于冗余數(shù)據(jù)； 在所述調(diào)度周期內(nèi)的第三階段，所述剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點中，當確定自身待上傳的數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)時，則向所述簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)；當確定自身待上傳的數(shù)據(jù)屬于冗余數(shù)據(jù)時，則處于睡眠狀態(tài)； 所述簇頭傳感器節(jié)點根據(jù)所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果以及所述(n-m)個傳感器節(jié)點中確定自身待上傳的數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)，生成最終MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果。
2.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述簇內(nèi)傳感器節(jié)點的介質(zhì)訪問控制子層采用時分多址協(xié)議。
3.根據(jù)權利要求2所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述調(diào)度周期內(nèi)的第一階段包含m個通信時隙；所述調(diào)度周期內(nèi)的第二階段包含I個通信時隙；所述調(diào)度周期內(nèi)的第三階段包含(n-m)個通信時隙。
4.根據(jù)權利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述方法還包括 設置所述調(diào)度周期內(nèi)第一階段中向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點數(shù)目，使得簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗最低。
5.根據(jù)權利要求4所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述設置所述調(diào)度周期內(nèi)第一階段中向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點數(shù)目，使得簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗最低，包括 獲取所述調(diào)度周期內(nèi)，簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗
6.一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于，所述無線傳感器網(wǎng)絡采用分簇型的層級結(jié)構(gòu)，假設簇內(nèi)有η個傳感器節(jié)點，包括 第一節(jié)點控制模塊，用于在一個調(diào)度周期內(nèi)的第一階段，由簇內(nèi)m(m < η)個傳感器節(jié)點依次向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)，所述簇頭傳感器節(jié)點根據(jù)簇內(nèi)m個傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)生成臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果； 臨時融合數(shù)據(jù)生成模塊，用于在所述調(diào)度周期內(nèi)的第二階段，由所述簇頭傳感器節(jié)點向剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點廣播所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果；由所述剩余的(n_m)個傳感器節(jié)點根據(jù)所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果，分別判斷自身待上傳的數(shù)據(jù)是否屬于冗余數(shù)據(jù)； 第二節(jié)點控制模塊，用于在所述調(diào)度周期內(nèi)的第三階段，所述剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點中，當確定自身待上傳的數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)時，則向所述簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)；當確定自身待上傳的數(shù)據(jù)屬于冗余數(shù)據(jù)時，則處于睡眠狀態(tài)； 最終融合數(shù)據(jù)生成模塊，用于所述簇頭傳感器節(jié)點根據(jù)所述臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果以及所述(n-m)個傳感器節(jié)點中確定自身待上傳的數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點上報的數(shù)據(jù)，生成最終MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果。
7.根據(jù)權利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于，所述簇內(nèi)傳感器節(jié)點的介質(zhì)訪問控制子層采用時分多址協(xié)議。
8.根據(jù)權利要求7所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于，所述調(diào)度周期內(nèi)的第一階段包含m個通信時隙；所述調(diào)度周期內(nèi)的第二階段包含I個通信時隙；所述調(diào)度周期內(nèi)的第三階段包含(n-m)個通信時隙。
9.根據(jù)權利要求6所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于，還包括 低能耗控制模塊，用于設置所述調(diào)度周期內(nèi)第一階段中向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)的傳感器節(jié)點數(shù)目，使得簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗最低。
10.根據(jù)權利要求9所述的無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于，所述低能耗控制模塊包括 能耗獲取子模塊，用于獲取所述調(diào)度周期內(nèi)，簇內(nèi)所有傳感器節(jié)點的能耗
全文摘要
一種無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)融合方法和裝置，無線傳感器網(wǎng)絡采用分簇型的層級結(jié)構(gòu)，假設簇內(nèi)有n個傳感器節(jié)點，在一個調(diào)度周期內(nèi)的第一階段，由簇內(nèi)m個傳感器節(jié)點依次向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)，簇頭傳感器節(jié)點生成臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果；在調(diào)度周期內(nèi)的第二階段，由簇頭傳感器節(jié)點向剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點廣播臨時MAX-MIN融合數(shù)據(jù)結(jié)果；由剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點分別判斷自身待上傳的數(shù)據(jù)是否屬于冗余數(shù)據(jù)；在調(diào)度周期內(nèi)的第三階段，剩余的(n-m)個傳感器節(jié)點中，當確定自身數(shù)據(jù)不屬于冗余數(shù)據(jù)時，則向簇頭傳感器節(jié)點上報數(shù)據(jù)；當確定自身數(shù)據(jù)屬于冗余數(shù)據(jù)時，則處于睡眠狀態(tài)。從而實現(xiàn)降低網(wǎng)絡中節(jié)點的能耗。
文檔編號H04W84/18GK103037467SQ20111030001
公開日2013年4月10日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者鄧瀚林, 黃河清, 沈杰, 劉海濤 申請人:無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院, 無錫融格物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司