专利名称：无线传感器网络异常数据分析方法及无线传感器节点的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种异常数据分析方法及一种无线传感器节点。
背景技术：
借助于通信技术、芯片制造技术和嵌入式计算技术的快速发展，无线传感器网络正越来越多地运用到国防、建筑、环境、城市管理等诸多领域。虽然无线传感器节点由于成本低、功耗小等特点而广受青睐，然而制约着其发展的一个重要因素是传感器节点的感知数据可靠性低，数据中经常含有异常数据。一个典型的数据异常的场景为:部署在森林中的传感器节点，在夏天正午时分的感知数据一般是30摄氏度左右，忽然某时刻的数据变成了100摄氏度，这个100摄氏度就是一个异常数据。异常数据的来源可分为两种:一是硬件或软件错误，由于传感器的造价较为低廉，硬件的数值可能会偶发性出错，同时传感器节点上运行的操作系统具有相对有限的数据处理能力，并缺乏有效的校验机制，由此可能会导致在数据处理时出错；二是监测区域内发生了事件，比如，在以上的例子中，很有可能是传感器节点的部署区域附近发生了火灾，从而导致传感器读数发生巨大变化。异常数据分析在无线传感器网络的数据处理中占有相当重要的地位，一方面原因是若不能对异常数据的成因进行分析，很可能导致误报或者漏报火灾等重要事件，降低传感器网络的可用性；另一方面原因是由于无线传感器节点通常是使用电池供应能量，若不能以一种低功耗的方式快速发现并处理异常数据，会给网络带来不必要的流量开销，进而削减传感器网络的寿命。现有的异常数据检测算法，要么无法对异常数据的来源进行有效分析，导致对异常数据的处理模式缺失，要么需要在服务器端进行频繁的运算，需要网络传输大量不必要的数据，因此无法适用于大规模无线传感器网络的长期监控。综上，针对无线传感器网络数据可靠性不高、数据易发生异常的特点，有必要研究一种低功耗、低延迟的异常数据分析方法，以用于大规模无线传感器网络的实时监测。
发明内容
(一)所要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种无线传感器网络中异常数据的分析方法以及一种无线传感器节点，以解决现有异常数据检测方法无法对异常值成因进行有效分析、容易误报或漏报重要事件，以及节点功耗高、网络流量开销大的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提出了一种无线传感器网络异常数据分析方法，所述方法包括以下步骤:
S1、无线传感器网络的某一节点i在时刻t获取到读数Xt后，根据节点i获取的当前窗口的所有读数，判断Xt是否是异常值，若Xt是异常值，则进入步骤S2，否则进入步骤S3 ；S2、节点i获取其k个邻居节点在时刻t的读数X1, x2，…，xk，k为正整数，并根据X1, X2,…，Xk判断Xt的异常值成因，若Xt的异常值成因是硬件或软件错误，则进入步骤S4，否则进入步骤S5 ；S3、节点i对Xt进行存储；S4、节点 i 丢弃 Xt ；S5、节点i将Xt发送给基站。可选的，步骤SI具体包括:S101、将窗口大小设定为W，节点i获取的当前窗口的前W-1个读数依次记为
Xt-w+l.Xt-w+2.…，Xt-1，计算出 Xt-w+l.Xt-w+2.…，Xt-1.Xt 的均值无；S102、根据序列xt_w+1, xt_w+2,…，X^Xt以及均值.无构造累积和序列S_{st_w, st_w+1, st_w+2， ，st}，其中，
权利要求
1.一种无线传感器网络异常数据分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 51、无线传感器网络的某一节点i在时刻t获取到读数Xt后，根据节点i获取的当前窗口的所有读数，判断Xt是否是异常值，若Xt是异常值，则进入步骤S2，否则进入步骤S3 ； 52、节点i获取其k个邻居节点在时刻t的读数Xl，X2,…，xk，k为正整数，并根据X1, X2,…，Xk判断Xt的异常值成因，若Xt的异常值成因是硬件或软件错误，则进入步骤S4，否则进入步骤S5 ； 53、节点i对Xt进行存储； 54、节点i丢弃Xt； 55、节点i将Xt发送给基站。
2.根据权利要求1所述的无线传感器网络异常数据分析方法，其特征在于，步骤SI具体包括: 5101、将窗口大小设定为W，节点i获取的当前窗口的前W-1个读数依次记为Xt-w+l.Xt-w+2.…，xt-1，计算出 Xt-W+1，Xt-w+2.…，xt-1，Xt 的均值尤 5102、根据序列xt_w+1,xt_w+2，…，xt_i，Xt以及均值X构造累积和序列S_{st_w, st_w+1, st_w+2， ，st}，其中，
3.根据权利要求1所述的无线传感器网络异常数据分析方法，其特征在于，步骤S2具体包括: 将半径设定为山将百分比阈值设定为q，根据Xl，X2, -,Xk以及Xt判断下列公式是否成立:
4.根据权利要求1所述的无线传感器网络异常数据分析方法，其特征在于，步骤S2中，节点i获取其k个邻居节点在时刻t的读数具体包括: 节点i通过无线信号向其k个邻居节点广播CROSS_CHECK命令，每个邻居节点在接收到CROSS_CHECK命令后，将各自在时刻t的读数发送给节点i。
5.根据权利要求1所述的无线传感器网络异常数据分析方法，其特征在于，步骤S5进一步包括: 节点i通知k个邻居节点向基站发送其在时刻t的读数。
6.一种无线传感器节点，其特征在于，所述节点包括数据获取模块、异常数据分析模块、存储模块和无线通信模块，所述异常数据分析模块分别与所述数据获取模块、所述存储模块及所述无线通信模块相连，其中: 所述数据获取模块用于获取节点在时刻t的读数xt，并将读数Xt传送给所述异常数据分析模块； 所述异常数据分析模块用于接收来自所述数据获取模块的读数xt，并利用如权利要求1-5中任一项所述的方法，判断Xt是否是异常值，若Xt不是异常值，则将Xt传送给所述存储模块，若Xt是异常值，则进一步判断Xt的异常值成因，若Xt的异常值成因是硬件或软件错误，则直接将Xt丢弃，否则将Xt传送给所述无线通信模块； 所述存储模块用于接 收并存储来自所述异常数据分析模块的读数； 所述无线通信模块用于接收来自所述异常数据分析模块的读数并将其发送给基站。
7.根据权利要求6所述的无线传感器节点，其特征在于，所述异常数据分析模块基于TinyOS 系统。
全文摘要
本发明涉及无线传感器网络技术，公开了一种异常数据分析方法及一种无线传感器节点。所述方法包括S1、节点i在时刻t获取到读数xt后，根据当前窗口的所有读数判断xt是否是异常值，若是，则进入S2，否则进入S3；S2、节点i获取其k个邻居节点在时刻t的读数，并据此判断xt的异常值成因，若是硬件或软件错误，则进入S4，否则进入S5；S3、节点i存储xt；S4、节点i丢弃xt；S5、节点i将xt发送给基站。所述节点包括数据获取模块、异常数据分析模块、存储模块和无线通信模块。本发明的技术方案能够在节点的邻域内完成计算，减少网络流量开销；利用数据的时空关联性，自动检测异常值并分析异常值成因，避免误报、漏报事件。
文档编号H04W84/18GK103249072SQ20131016972
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月9日 优先权日2013年5月9日
发明者刘云浩, 苗欣, 孙家广 申请人:清华大学