一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统，包括目标节点装置、多个传感器装置、数据预处理装置、时空一致性处理器、数据相关装置、合成与识别装置及数据库信息装置；目标节点装置与多个传感器装置连接，多个传感器装置与数据预处理装置连接，多个传感器装置并行设置；数据预处理装置与时空一致性处理器连接，时空一致性处理器与数据相关装置的一个输入端连接，数据相关装置与合成与识别装置的一个输入端连接，数据库信息装置的两个输出端与数据相关装置及合成与识别装置的另一个输出端连接。本发明能有效克服并行数据融合中数据互耦合、过程依赖、共享同步等技术难题，提升数据和计算空间并行度，具有良好的并行扩展性。
【专利说明】
一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统
技术领域
[0001]本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统。
【背景技术】
[0002]多传感器数据融合是把多种传感器获得的数据依据某种准则进行综合处理，获得对被测目标一致性描述。多源融合信息扩大了C3I系统在空间、时间、频率覆盖上对目标的感知能力，增加了情报信息的可信度，提高了系统信息稳健性、抗干扰能力，在C3I系统中得到日益广泛的应用。然而，随着传感器数量/探测范围以及融合算法复杂性的增加，单位时间内要融合的目标数量和计算复杂性的急剧增加，传统的简化算法和提高处理器性能的作法已难以满足大容量低延时高精度的数据融合处理要求。
[0003]随着数据融合技术的高度发展，开展数据融合并行处理技术已成为C3I情报处理的迫切需求。传统的数据并行方法包括数据分块(也称数据分区)、数据分段、责任区划分等。数据分块主要是将待融合目标区域空间按位置划分为网格，将落入网格的数据归入一个数据块或数据区，主要有矩形块和扇区块，并分发给各个处理器处理;数据分段不考虑目标位置，是将待处理数据序列直接等分，形成与处理器数量大致相等的数据包，分别发送各处理器处理；而责任区划分方法是将探测范围划分为一个个地理区域，让每个处理器负责处理其中一个区的数据。
【发明内容】
[0004]本发明的目的:提供一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统，克服了数据融合并行化的困难，避免了长流水线融合模式，削减了相关计算数据耦合度，实现分区独立计算、最小化并行通信量。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0006]—种基于并行数据采集的无线传感器网络系统，包括目标节点装置、多个传感器装置、数据预处理装置、时空一致性处理器、数据相关装置、合成与识别装置及数据库信息装置;所述的目标节点装置的输出端分别与所述的多个传感器装置的输入端连接，所述的多个传感器装置的输出端分别与所述的数据预处理装置的输入端连接，所述的多个传感器装置并行设置;所述的数据预处理装置的输出端与所述的时空一致性处理器的输入端连接，所述的时空一致性处理器的输出端与所述的数据相关装置的一个输入端连接，所述的数据相关装置的输出端与所述的合成与识别装置的一个输入端连接，所述的数据库信息装置的两个输出端分别与所述的数据相关装置及合成与识别装置的另一个输出端连接，构成数据融合并行处理框架。
[0007]上述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统，其中，所述的时空一致性处理器由时间统一处理器及空间统一处理器构成。
[0008]—种基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，该方法至少包括如下步骤:
[0009]步骤1:近邻聚类独立区域划分。
[0010]步骤2:负载均衡策略。
[0011]上述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，其中，在所述的步骤I中，还包括如下分步骤:
[0012]步骤1.1:对于待聚类的点迹集合，计算元素两两之间的距离。
[0013]步骤1.2:在计算过程汇总，从D的行向量中找出与点迹集合距离小于T的各元素形成初始聚类C中心。
[0014]步骤1.3:从C中找出一个未处理的元素，并将未处理的元素标记为已处理，并执行簇环函数。
[0015]步骤1.4:执行簇环函数，使C中未处理的元素均标记为已处理。
[0016]步骤1.5:若C中未处理的元素均标记为已处理，则终止;否则返回步骤1.3。
[0017]上述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，其中，在所述的步骤2中，还包括如下分步骤:
[0018]步骤2.1:计算各节点理论上计算量。
[0019]步骤2.2:计算各分区大小并进行排序，获得有序集合。
[0020]步骤2.3:依次从有序集合V的两端取元素，组成k个子集Di。
[0021 ]步骤2.4:将N个Di分别发送给N个计算节点并行执行。
[0022]本发明能有效克服并行数据融合中数据互耦合、过程依赖、共享同步等技术难题，提升数据和计算空间并行度，具有良好的并行扩展性。
【附图说明】
[0023]图1是本发明一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统的框架图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
[0025]请参见附图1所示，一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统，包括目标节点装置1、多个传感器装置2、数据预处理装置3、时空一致性处理器4、数据相关装置5、合成与识别装置6及数据库信息装置7;所述的目标节点装置I的输出端分别与所述的多个传感器装置2的输入端连接，所述的多个传感器装置2的输出端分别与所述的数据预处理装置3的输入端连接，所述的多个传感器装置2并行设置;所述的数据预处理装置3的输出端与所述的时空一致性处理器4的输入端连接，所述的时空一致性处理器4的输出端与所述的数据相关装置5的一个输入端连接，所述的数据相关装置5的输出端与所述的合成与识别装置6的一个输入端连接，所述的数据库信息装置7的两个输出端分别与所述的数据相关装置5及合成与识别装置6的另一个输出端连接，构成数据融合并行处理框架。
[0026]所述的时空一致性处理器4由时间统一处理器41及空间统一处理器42构成，可确保时间和空间的统一性。
[0027]—种基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，该方法至少包括如下步骤:
[0028]步骤1:近邻聚类独立区域划分。
[0029]步骤2:负载均衡策略。
[0030]在所述的步骤I中，还包括如下分步骤:
[0031 ]步骤1.1:对于待聚类的点迹集合，计算元素两两之间的距离。
[0032]步骤1.2:在计算过程汇总，从D的行向量中找出与点迹集合距离小于T的各元素形成初始聚类C中心。
[0033]步骤1.3:从C中找出一个未处理的元素，并将未处理的元素标记为已处理，并执行簇环函数。
[0034]步骤1.4:执行簇环函数，使C中未处理的元素均标记为已处理。
[0035]步骤1.5:若C中未处理的元素均标记为已处理，则终止;否则返回步骤1.3。
[0036]在所述的步骤2中，还包括如下分步骤:
[0037]步骤2.1:计算各节点理论上计算量。
[0038]步骤2.2:计算各分区大小并进行排序，获得有序集合。
[0039]步骤2.3:依次从有序集合V的两端取元素，组成k个子集Di。
[0040]步骤2.4:将N个Di分别发送给N个计算节点并行执行。
[0041 ]本发明根据数据相关基本原理，对数据区域实施“软”划分，削减相关计算数据耦合度，实现分区独立计算，获取最小化并行通信量;采取相关、合成双路并行融合模式缩短流水线深度缩短时延。
[0042]综上所述，本发明能有效克服并行数据融合中数据互耦合、过程依赖、共享同步等技术难题，提升数据和计算空间并行度，具有良好的并行扩展性。
[0043]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种基于并行数据采集的无线传感器网络系统，其特征在于:包括目标节点装置、多个传感器装置、数据预处理装置、时空一致性处理器、数据相关装置、合成与识别装置及数据库信息装置;所述的目标节点装置的输出端分别与所述的多个传感器装置的输入端连接，所述的多个传感器装置的输出端分别与所述的数据预处理装置的输入端连接，所述的多个传感器装置并行设置;所述的数据预处理装置的输出端与所述的时空一致性处理器的输入端连接，所述的时空一致性处理器的输出端与所述的数据相关装置的一个输入端连接，所述的数据相关装置的输出端与所述的合成与识别装置的一个输入端连接，所述的数据库信息装置的两个输出端分别与所述的数据相关装置及合成与识别装置的另一个输出端连接，构成数据融合并行处理框架。2.根据权利要求1所述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统，其特征在于:所述的时空一致性处理器由时间统一处理器及空间统一处理器构成。3.—种应用于权利要求1或2所述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，其特征在于:该方法至少包括如下步骤: 步骤1:近邻聚类独立区域划分； 步骤2:负载均衡策略。4.根据权利要求3所述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，其特征在于:在所述的步骤I中，还包括如下分步骤: 步骤1.1:对于待聚类的点迹集合，计算元素两两之间的距离； 步骤1.2:在计算过程汇总，从D的行向量中找出与点迹集合距离小于T的各元素形成初始聚类C中心； 步骤1.3:从C中找出一个未处理的元素，并将未处理的元素标记为已处理，并执行簇环函数； 步骤1.4:执行簇环函数，使C中未处理的元素均标记为已处理； 步骤1.5:若C中未处理的元素均标记为已处理，则终止;否则返回步骤1.3。5.根据权利要求3所述的基于并行数据采集的无线传感器网络系统的融合数据空间软划分方法，其特征在于:在所述的步骤2中，还包括如下分步骤: 步骤2.1:计算各节点理论上计算量； 步骤2.2:计算各分区大小并进行排序，获得有序集合； 步骤2.3:依次从有序集合V的两端取元素，组成k个子集Di ; 步骤2.4:将N个Di分别发送给N个计算节点并行执行。
【文档编号】H04W84/18GK105959342SQ201610236730
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】陈昊, 褚倩云
【申请人】安徽大学