[发明专利]一种无线传感器网络高效数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据融合方法，尤其涉及一种无线传感器网络高效数据融合方法，属于无线传感器网络领域。 

背景技术

无线传感器网络是由大量的感知节点组成，节点间通过无线通信的方式逐跳传递信息，协作的完成所覆盖区域信息采集的任务。信息具有一定的实时性，即要求在一定的时间内传送到用户。传感器网络的节点通常使用电池供电，必须尽量降低能量的消耗。数据融合方法是中转节点利用信息的冗余性，把多份信息经过处理得到一份或少量的信息以降低网络通信开销的方法。执行数据融合的节点在收到一份数据后，并不是立即向下一跳节点转发，而是把该数据缓存一段时间，称为融合时间；当融合时间结束，该节点把在融合时间内收到的所有数据，进行处理后得到一份或少量的信息传送到下一跳节点。通常而言，融合时间越长，在该时间段内获得的数据就越多，数据处理后就能更显著的降低数据量，就能更有效的降低网络的数据通信量；反之，融合时间越短，获得的数据越少，融合的效果就越差，数据通信量的降低就越不明显。然而，数据需经由多跳的传输到达(中心)汇聚节点，中转节点的融合时间增加，会影响数据的实时性，因此必须考虑在数据延时受约束的条件下尽量实现高效的数据融合。 

沿信息传输路径，中转节点的融合时间分配是影响融合效果的主要因素，是融合技术的核心问题。U Roedig等人于2004年提出了一种集中式的暴力穷举算法(布鲁特福斯算法，Brute-Force)(参考：U Roedig，A Barroso，CJ Sreenan.Determination of Aggregation Pointsin Wireless Sensor Networks.In：Proceedings of the 30th Euromicro Conference(EUROMICRO)，2004.503-510.)，该方法计算所有可能的延时分配方案对应的传输路径上各节点进行数据融合的概率以及所产生的增益值，增益值最大的延时分配方案即为所求。然而，由于采用类似穷举的算法，其计算复杂度很高且难以实现。该文随即提出了一种简化的启发式算法，规定在每条路由中将所有可能的延时时间集中在一个节点上，相当于一种粗粒度的贪婪算法。以下称这种简化的启发式算法为DAP(Determination of AggregationPoint)数据融合方法。该算法仍然依据计算的概率信息，但对于每条叶节点到Sink节点的 路由只将融合时间分配到一个固定点上，降低了算法复杂度，但同时降低了算法精度和融合效果。此外，他们给出了两种平凡的数据融合时间分配方法，即平均分配法EDA(EvenDistributed Algorithm)和按层次指数递减方法HDA(Hierarchy Distributed Algorithm)。平均分配方法为所有的节点分配相同的融合时间，等于总的延时约束除以总层数。指数递减方法为靠近中心的节点分配最多的融合时间，越靠外的层次中的节点的融合时间越小，呈2的负指数次幂递减。 

Jae Young Choi等人2006年提出了一种协商式的分布式分配方法ATC(融合时间控制算法，Aggregation Time Control)(参考：Jae Young Choi，Sunghyun Choi，Wook Hyun Kwon，and Hong Seong Park.Aggregation Time Control Algorithm for Time constrained Data Deliveryin Wireless Sensor Networks.In：Proceedings of IEEE VTC 2006-Spring，Melbourne，Australia，May 7-10，2006.)。在网络应用过程中，各传感器节点按照一定的规则，自主的增加传输延时的时间。汇聚节点则负责检查接收的每一个分组是否超时。一旦发现分组超时，汇聚节点启动超时信息广播，使相应的节点减少延时时间。此过程不断重复，直到到达稳定状态。该策略能够有效的抑制数据分组超时，但其融合效果一般，而且何时能够达到稳定状态也很难控制。该算法的状态转移图如图1所示。 

因此目前无线传感器网络的数据融合方法主要存在的问题是融合效果差，数据处理复杂性高的不足。 

发明内容

本发明将在保证延时约束的条件下，提出了一种无线传感器网络高效数据融合方法，本发明方法的数据处理复杂度较低，融合效果有明显改善。