[发明专利]一种提高无线传感器网络容量的数据融合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据融合方法，尤其涉及一种提高无线传感器网络容量的数据融合方法。

背景技术

微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS)、片上系统(SOC，System on Chip)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出了无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)，并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并将感知结果发送到汇聚节点(Sink)。在军事国防、工农业、城市管理、智能交通、环境监测、抢险救灾、智能家居、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和广泛的应用前景。

对于无线传感器网络，一般最终的目的是将所有传感器所采集到的数据传输到汇聚节点，然后在汇聚节点进行进一步的处理和分析，这个过程叫作数据收集。由于传感器节点自身携带的能量非常有限，而传感器网络的布置方式和应用环境又决定了不可能频繁更换节点电池，因此对于数据收集来说，一个重要的挑战就是在保证数据收集成功率的前提下，减少传输的次数，达到信息有效性和冗余性的平衡，提高无线传感器网络容量，降低无线传感器网络的能耗，从而延长无线传感器网络的寿命。

一般来说，布置在同一区域的传感器节点所采集到的数据在时间和空间上都是有相关性的，这些数据的相关性就造成了最后传输到汇聚节点的数据冗余。在一些关键的连接节点上，在它将所采集以及接收到的数据向前传给汇聚节点之前，如果能够清除掉这些数据里的冗余信息，那么就能减少整个网络的传输数据量，从而提高有效网络容量，这个技术叫作数据融合。在WSNs中，采用数据融合技术对提高整个网络的容量意义重大。

Mingyan Liu等人在2003年第43期Computer Networks发表的“Data-gathering wireless sensor networks：Organization and capacity(数据收集的无线传感器网络：结构和容量)”中提出了基于虚拟节点提高网络容量的方法。在多对一的网络场景与TDMA(Time Division Multiple Access)的模式下，引入虚拟节点的概念可以在一定程度上提高系统的网络容量。但是他们并没有考虑数据的相关性，只是将所采集到的数据全部传输到汇聚节点。

Raghupathy Sivakumar等人于2005年在Proceedings.of The First International Conference on Wireless Internet发表的“A scalable correlation aware aggregation strategy for wireless sensor networks(用于无线传感器网络的可扩展具有相关性意识的融合策略)”中给出了一种无线传感器网络数据相关性融合的策略。他们首先给出了数据融合的模型，然后将整个网络进行分簇，接着在分好的每个簇中进行数据融合，最后再将融合好的数据传输给汇聚节点。但是他们只给出了整个网络的结构，并没有分析在融合之后对整个网络容量的影响。

Xiang-Yang Li等人于2009年在Proc.of The 6th Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor，Mesh and Ad Hoc Communications and Networks(SECON′09)发表的“Order-Optimal Data Collection in Wireless Sensor Networks：Delay and Capacity(无线传感器网络中阶次最优的数据收集：时延和容量)”中，将整个网络划分为很多小的方形网格，然后对每个网格里所有的数据进行融合，再将融合好的数据传输给汇聚节点。但是他们只考虑了最简单的融合情况，也就是所有的数据在同一节点上都能融合成一个数据包，这样会丢失很多数据的有效信息，这与很多实际情况都不相符。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种提高无线传感器网络容量的数据融合方法，减少数据收集过程中无线传感器网络的传输次数与能量开销，达到提高无线传感器网络容量的目的。

发明内容