[发明专利]一种无线传感器网络观测质量估算方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于无线自组织和传感器网络领域，具体涉及无线传感器网络观测质量估算方法和系统。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种由若干无线传感器节点自组织构成的以采集信息为目标的网络。无线传感器网络使逻辑上的信息世界与真实的物理世界紧密结合，改变了人与自然的交互方式，真正实现了“无处不在的计算”模式。鉴于其将为人类带来的不可估量的好处，无线传感器网络受到了全球范围内学术界、工业界、军队及政界的广泛关注。由于MEMS技术和嵌入式技术的日趋成熟，我们能以廉价的方式大量生产构成WSN的微型传感器节点，使得WSN能被广泛的应用在军事和民用的各个领域。

WSN的目标是观测自然界物理事件的特征值，比如，某个物体的温度或湿度。物理世界中各种信号的强度在空间上所覆盖的区域通常是有限的，因此，WSN中能观测到目标信源的区域也是有限的，我们把该区域称为信源的观测区域。这一区域的大小可以由具体的应用场景来确定，通常是一个以被测目标为中心的区域。由于许多应用要求WSN中的节点在空间上具有密集的分布，因此在观测区域内，通常会有多个传感器节点，这些节点都可以参与对信源的观测。观测得到数据将通过多跳的传感器网络发送给远端的接收器sink，它负责对这些观测数据进行集中处理，最终为用户提供所需的处理结果。图1显示了WSN中一个典型的数据采集过程。

在信源的观测区域内，节点对信源的观测属于WSN中原始数据的采集阶段。该阶段的观测质量高低直接决定了WSN向最终用户提供的数据质量高低。因此，如何正确估算一组节点参与观测时的观测质量就成了WSN提高服务质量的根源。另外，由于同一个观测区域内节点观测到的数据之间存在一定的相关性，因此，没有必要让大量的节点同时参与观测，如果能正确估算出任意一组节点参与观测时的观测质量，就能选择出一组最合适的节点参与实际的观测过程，以满足用户对数据质量的要求，同时避免网络能量的浪费，提高网络资源的利用率。

在现有对无线传感器应用中，对观测质量的估算方法主要靠对样本观测数据的估算，这不仅需要消耗节点能量进行样本采集，而且需要耗费时间等待样本数据的采集，这样的观测质量估算方法不仅增加了网络的能耗开销，而且延长了网络完成观测任务的时间。另外，对于体积微小的传感器节点来说，内存空间十分有限，存储样本观测数据将占用节点不少的内存空间，降低了节点资源的利用率。

发明内容

鉴于现有的观测质量估算方法存在以上的缺点，本发明基于被测信源的空域分布特征和节点观测数据之间的相关性，提出了一种节能的观测质量估算方法，该方法不需要采集样本数据就能估算出任意一组节点参与观测时获取的观测质量，同时减少网络能耗，缩短观测时间。

根据本发明一方面，提出一种无线传感器网络观测质量估算方法，包括以下步骤：

在空域上多个节点同时参与观测的数据观测模型中，根据节点i处信源S的被测信号S_i和观测噪声N_i计算观测数据X_i，即X_i＝S_i+N_i；对X_i进行编码，得到编码后数据Y_i，其中，P^E是节点的能量上限，σ_S²是信源的方差系数，是节点i的噪声方差系数；