专利名称：一种无线传感器网络的数据融合方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络技术领域，更具体地说，涉及一种无线传感器网络的数据融合方法和装置。
背景技术：
不同于传统的无线通信网络，无线传感器网络是以数据为中心的感知网络。环境监测与数据收集是无线传感器网络典型的应用和操作。众所周知，由于传感器节点能量有限、通信能力有限，网络很难支持把所有节点收集的数据全部传输到基站进行处理。事实上，由于不同的传感器节点采集的数据之间存在着相关性和冗余性，也没有必要把所有节点收集的数据全部传输到基站。数据融合技术是消除或降低数据冗余性，提高无线传感器网络效率的一种有效手段。当前，数据融合已经成为无线传感器网络的核心关键技术之一，是相关研究领域中的热点。融合函数是数据融合的核心，定义了对所收集数据的处理方法。与分布式数据库系统一致，传感器网络应用系统实际使用的基本数据融合函数包括SUM、COUNT、AVERAGE、MAX、MIN等。其中，SUM表示对一组数据进行求和；C0UNT表示对一组数据的个数进行统计；AVERAGE表示计算一组数据的平均值；MAX表示从一组数据中找到最大值;MIN表示从一组数据中找到最小值。采用以上融合函数对传感器节点收集的原始数据进行预处理，可以极大地降低数据传输的冗余性，这一点已经在著名的TinyDB和Cougar系统中得到验证。融合函数的具体选择取决于应用的需求。在农业、林业生产等典型场景中，无线传感器网络被用于实时地监测温度、湿度等参数的变化。针对此类应用需求，采用MAX-MIN融合函数获取气候参数的最大值和最小值尤为重要，因为农作物和经济作物常常对极端的气候条件很敏感。因此，能量高效的MAX-MIN融合方案对于提高无线传感器网络的性能有着重要的意义。针对MAX-MIN融合，现有的技术方案是采用逐次上报法。采用逐次上报法，网络中的传感器节点按照预定的通信顺序，依次向基站上报自己收集的数据。基站收集到全部节点上报的数据之后，使用MAX-MIN融合函数对数据进行融合处理，获得全网所收集数据中的最大值和最小值。通过研究发现，逐次上报法的缺点是，在传感器节点上报数据的阶段，存在节点上报冗余数据的现象。下面以一个实际例子进行说明。假设一个网络中存在10个节点。在一次数据上报过程中，基站依次收到的数据是Vl，v2，-,V100如果V3和V5分别是这10份数据中的最大值和最小值，那么，即使缺少数据v6，v7, v8, v9, Vltl，基站也能得到正确的数据融合结果。换言之，数据v6，v7，v8，v9，Vltl是冗余的。通常，节点上报冗余数据，对于最终生成的融合结果没有任何增益，但是却能够浪费传感器节点宝贵的传输带宽和能耗。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种无线传感器网络的数据融合方法和装置，在保证MAX-MIN融合结果精确的前提下，降低网络中节点的能耗。本发明实施例提供一种无线传感器网络的数据融合方法，所述无线传感器网络采用分簇型的层级结构，假设簇内有n个传感器节点，包括在一个调度周期内的第一阶段，由簇内m(m < n)个传感器节点依次向簇头传感器节点上报数据，所述簇头传感器节点根据簇内m个传感器节点上报的数据生成临时MAX-MIN融合数据结果；在所述调度周期内的第二阶段，由所述簇头传感器节点向剩余的(n-m)个传感器节点广播所述临时MAX-MIN融合数据结果；由所述剩余的(n-m)个传感器节点根据所述临时MAX-MIN融合数据结果，分别判断自身待上传的数据是否属于冗余数据；在所述调度周期内的第三阶段，所述剩余的(n-m)个传感器节点中，当确定自身待上传的数据不属于冗余数据时，则向所述簇头传感器节点上报数据；当确定自身待上传的数据属于冗余数据时，则处于睡眠状态；所述簇头传感器节点根据所述临时MAX-MIN融合数据结果以及所述(n-m)个传感器节点中确定自身待上传的数据不属于冗余数据的传感器节点上报的数据，生成最终MAX-MIN融合数据结果。优选的，所述簇内传感器节点的介质访问控制子层采用时分多址协议。优选的，所述调度周期内的第一阶段包含m个通信时隙；所述调度周期内的第二阶段包含I个通信时隙；所述调度周期内的第三阶段包含(n-m)个通信时隙。进一步，所述方法还包括设置所述调度周期内第一阶段中向簇头传感器节点上报数据的传感器节点数目，使得簇内所有传感器节点的能耗最低。优选的，所述设置所述调度周期内第一阶段中向簇头传感器节点上报数据的传感器节点数目，使得簇内所有传感器节点的能耗最低，包括获取所述调度周期内，簇内所有传感器节点的能耗
权利要求
1.一种无线传感器网络的数据融合方法，其特征在于，所述无线传感器网络采用分簇型的层级结构，假设簇内有η个传感器节点，包括 在一个调度周期内的第一阶段，由簇内m(m < η)个传感器节点依次向簇头传感器节点上报数据，所述簇头传感器节点根据簇内m个传感器节点上报的数据生成临时MAX-MIN融合数据结果； 在所述调度周期内的第二阶段，由所述簇头传感器节点向剩余的(n-m)个传感器节点广播所述临时MAX-MIN融合数据结果；由所述剩余的(n-m)个传感器节点根据所述临时MAX-MIN融合数据结果，分别判断自身待上传的数据是否属于冗余数据； 在所述调度周期内的第三阶段，所述剩余的(n-m)个传感器节点中，当确定自身待上传的数据不属于冗余数据时，则向所述簇头传感器节点上报数据；当确定自身待上传的数据属于冗余数据时，则处于睡眠状态； 所述簇头传感器节点根据所述临时MAX-MIN融合数据结果以及所述(n-m)个传感器节点中确定自身待上传的数据不属于冗余数据的传感器节点上报的数据，生成最终MAX-MIN融合数据结果。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的数据融合方法，其特征在于，所述簇内传感器节点的介质访问控制子层采用时分多址协议。
3.根据权利要求2所述的无线传感器网络的数据融合方法，其特征在于，所述调度周期内的第一阶段包含m个通信时隙；所述调度周期内的第二阶段包含I个通信时隙；所述调度周期内的第三阶段包含(n-m)个通信时隙。
4.根据权利要求1所述的无线传感器网络的数据融合方法，其特征在于，所述方法还包括 设置所述调度周期内第一阶段中向簇头传感器节点上报数据的传感器节点数目，使得簇内所有传感器节点的能耗最低。
5.根据权利要求4所述的无线传感器网络的数据融合方法，其特征在于，所述设置所述调度周期内第一阶段中向簇头传感器节点上报数据的传感器节点数目，使得簇内所有传感器节点的能耗最低，包括 获取所述调度周期内，簇内所有传感器节点的能耗
6.一种无线传感器网络的数据融合装置，其特征在于，所述无线传感器网络采用分簇型的层级结构，假设簇内有η个传感器节点，包括 第一节点控制模块，用于在一个调度周期内的第一阶段，由簇内m(m < η)个传感器节点依次向簇头传感器节点上报数据，所述簇头传感器节点根据簇内m个传感器节点上报的数据生成临时MAX-MIN融合数据结果； 临时融合数据生成模块，用于在所述调度周期内的第二阶段，由所述簇头传感器节点向剩余的(n-m)个传感器节点广播所述临时MAX-MIN融合数据结果；由所述剩余的(n_m)个传感器节点根据所述临时MAX-MIN融合数据结果，分别判断自身待上传的数据是否属于冗余数据； 第二节点控制模块，用于在所述调度周期内的第三阶段，所述剩余的(n-m)个传感器节点中，当确定自身待上传的数据不属于冗余数据时，则向所述簇头传感器节点上报数据；当确定自身待上传的数据属于冗余数据时，则处于睡眠状态； 最终融合数据生成模块，用于所述簇头传感器节点根据所述临时MAX-MIN融合数据结果以及所述(n-m)个传感器节点中确定自身待上传的数据不属于冗余数据的传感器节点上报的数据，生成最终MAX-MIN融合数据结果。
7.根据权利要求6所述的无线传感器网络的数据融合装置，其特征在于，所述簇内传感器节点的介质访问控制子层采用时分多址协议。
8.根据权利要求7所述的无线传感器网络的数据融合装置，其特征在于，所述调度周期内的第一阶段包含m个通信时隙；所述调度周期内的第二阶段包含I个通信时隙；所述调度周期内的第三阶段包含(n-m)个通信时隙。
9.根据权利要求6所述的无线传感器网络的数据融合装置，其特征在于，还包括 低能耗控制模块，用于设置所述调度周期内第一阶段中向簇头传感器节点上报数据的传感器节点数目，使得簇内所有传感器节点的能耗最低。
10.根据权利要求9所述的无线传感器网络的数据融合装置，其特征在于，所述低能耗控制模块包括 能耗获取子模块，用于获取所述调度周期内，簇内所有传感器节点的能耗
全文摘要
一种无线传感器网络的数据融合方法和装置，无线传感器网络采用分簇型的层级结构，假设簇内有n个传感器节点，在一个调度周期内的第一阶段，由簇内m个传感器节点依次向簇头传感器节点上报数据，簇头传感器节点生成临时MAX-MIN融合数据结果；在调度周期内的第二阶段，由簇头传感器节点向剩余的(n-m)个传感器节点广播临时MAX-MIN融合数据结果；由剩余的(n-m)个传感器节点分别判断自身待上传的数据是否属于冗余数据；在调度周期内的第三阶段，剩余的(n-m)个传感器节点中，当确定自身数据不属于冗余数据时，则向簇头传感器节点上报数据；当确定自身数据属于冗余数据时，则处于睡眠状态。从而实现降低网络中节点的能耗。
文档编号H04W84/18GK103037467SQ20111030001
公开日2013年4月10日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者邓瀚林, 黄河清, 沈杰, 刘海涛 申请人:无锡物联网产业研究院, 无锡融格物联网科技有限公司