[发明专利]一种无线传感器网络层级结构数据融合方法

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层级结构数据融合方法， 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。数据融合方法在降低网络通信量的同时，也增加了信息的传输延时。节点的数 据融合时间的分配是数据融合方法的核心内容。

U Roedig等人2004年提出了一种集中式的暴力穷举算法(Brute-Force Algorithm)(参考： U Roedig，A Barroso，CJ Sreenan.Determination of Aggregation Points in Wireless Sensor Networks.In：Proceedings of the 30th Euromicro Conference(EUROMICRO)，2004.503-510.)，其 通过计算所有可能的延时分配方案下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即确定融合点算法DAP，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。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。作为对比，该文亦介绍了平均分配方法UTA和层级分配 方法HTA。Jae Young Choi等人2006年提出了一种协商式的分布式分配方法(参考：Jae Young Choi，Sunghyun Choi，Wook Hyun Kwon，and Hong Seong Park.Aggregation Time Control Algorithm for Time constrained Data Delivery in 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。

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，给出一种无线传感器网络层级结构数据融合方法， 本发明的方法是一种数据处理复杂度很低，融合时间分配方法实现较为简单，融合效果有明 显改善的层级结构的数据融合方法。

本发明提出了一种二维部署的无线传感器网络周期性数据采集应用中，高效的数据融合 方法。节点采集数据或者收到来自其它节点的中转数据，并不立刻发送，而是等待一定的时 间(融合等待时间)，对等待时间内收到的所有数据进行处理得到一份数据发送到下一跳节点 进行具体数据融合。节点被按照距离汇聚节点(Sink Node)的跳数分为不同的层次，本方法按 照层次为节点分配融合等待时间。通过对网络融合模型的流量分析，我们发现了数据融合时 间分配的三角形层级分配方法，并提出了临界融合层的概念。与以往的节点分配时间方法不 同，本方法设定了临界融合层(临界融合层的确定由预分配阶段的多次性能比较测试确定)， 对临界融合层以外的节点不执行数据融合操作(即收到数据后立刻转发)；对该层(含该层边 界上的节点)以内的节点，按照距离SINK的远近线性的分配融合等待时间，距离SINK越远 的层次，获得的融合等待时间越长。

综合上述分析，本发明的技术方案为：

一种无线传感器网络的层次结构数据融合方法，其步骤为：

1)汇聚节点确定临界融合层Hc；