[发明专利]数据融合方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种数据融合方法及装置。

背景技术

无线传感器网络(WSN：Wireless Sensor Network)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。大量的传感器节点将探测数据，通过汇聚节点经其它网络发送给了用户。

无线个域网(WPAN：Wireless Personal Area Network)为无线传感器网络的一个重要分支，是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的新兴无线通信网络技术。WPAN能够有效地解决“最后一英里”的瓶颈问题，进而将无线联网进行到底。

对于WPAN而言，其更加关注于个人空间，并以结构简单、通信距离短、功率低以及成本低等特点成为当今无线传感器网络的研究热点。WPAN主要由随机部署在监测区域的具有感知能力的大量微小传感器网络节点组成，通过无线通信的方式构成一个多跳的分布式自组织智能化网络系统，协作的实现实时感知、采集和处理网络覆盖区域中信息，并将所述信息发送给终端用户。

就目前而言，在WPAN中，电池通常作为网络节点的能源。因此，WPAN面临的主要问题是如何在有限的能量供应、有限的计算能力、有限的存储空间和有限的通信能力下完成感知、通信、计算和控制功能，而能源的高效利用则是首先要解决的问题。

一般来讲，可以通过数据融合技术来减少网络中的数据传输量，降低网络能源消耗，进而使得网络能源可以高效利用。所谓数据融合是指将多个不同源节点传来的数据进行融合，删除冗余、无效和可信度较差的数据的技术。通过数据融合可以减少数据传输量，节省网络节点的能耗，延长网络生命的周期。

无线个域网的数据融合与其应用息息相关，对于无线个域网来讲，其在采用数据融合技术节省网络能量、提高信息准确度、减轻网络拥塞的同时，是以增加网络的平均延迟和降低网络的鲁棒性为代价的。

无线个域网数据融合的效率与被监测数据自身的特性与表达形式、网络拓扑结构及其具体应用、网络节点的融合时间相关。因此，无线个域网数据融合技术的核心问题是如何在提高数据融合效率的同时，尽可能的减少网络的平均延迟、增强网络的鲁棒性。

鉴于无线个域网的网络节点自身的特性和实际需要，现有技术中通过如下方式进行数据融合。

第一种：应用层的数据融合。

用户根据应用需要组织收集数据，采用分布式数据库技术对收集到的数据进行逐步查询筛选，达到数据融合的效果。然而，在应用层进行数据融合只适用于网络规模较小，且单个节点的计算和存储能力较为充足的网络。

第二种：网络层的数据融合。

网络层的数据融合，主要是将路由协议与数据融合相结合，所述路由协议通常包括：基于查询的路由协议、基于层次的路由协议和基于链路的路由协议。

对于基于查询的路由协议而言，例如：定向扩散，其是通过缓存机制实现路径建立阶段的融合和数据发送阶段的融合，因此，会存在缓存时间过长的问题。

对于基于层次的路由协议而言，例如：低功耗自适应集簇分层型协议(LEACH：Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)，其将网络划分为多个簇，簇内成员将数据传输给簇头进行融合处理后再将结果直接发给汇聚节点，但是该协议中仅强调了进行数据融合，但未给出具体的数据融合方法。

对于基于链的路由协议而言，例如：PEGASIS协议(Power-Efficient GAthering inSensor Information Systems)，其在基于2个假设的前提下利用贪心算法将网络中的所有节点连接成一条单链，随机选取一个节点作为首领，中间节点在传递数据前进行融合操作，最终由首领节点将结果直接传输给汇聚节点，基于该协议的数据融合，存在假设不易成立，网络的平均延迟较大、鲁棒性较差等问题。

第三种：数据融合树。

数据融合树的方法，是指网络节点在收集数据时通过反向组播树的形式从分散的节点逐步将监测信息收集起来，树上的每个中间节点都对采集到的数据进行融合处理，使数据得到及时最大限度的融合。例如：三种数据融合树的方案，该方案包括：近源汇集、最短路径树和贪心增长树。然而，数据融合树的方法仅适用于源节点数目少、位置相对集中以及数据相似性比较大的网络环境。