[发明专利]面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法

权利要求书

1.一种面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法，该方法面向分簇结构的无线传感器网络，其特征在于：由簇首节点与簇成员节点按多节点协同工作流程实现数据汇聚，其中簇首节点的操作步骤如下：

a)初始时刻，把簇内节点的测量值的权系数都设为1，当分簇时确定的本簇成员节点总数超过20时，从中随机选取10~12个节点参与首轮监测；

b)从第一轮开始，每三轮一次，根据所接收的成员节点发送的环境噪声观测值，采用贝塞尔公式估计环境的白噪声水平σ，以σ作为成员节点自己评判是否存在故障的误差信号参考值；然后将其无线通信模块置于发送状态，发送σ给簇内成员，每三轮更新一次σ值；

c)将无线通信模块转入接收状态，接收本轮工作的各成员节点报送的经过滤波处理的测量值，以及各节点前一轮自己评定的本轮测量的可信等级，根据当前参与汇聚的簇成员节点数和节点测量值的置信等级以及对故障的预估最差情况，按权系数计算规则确定各节点监测值的权系数，将无线通信模块转入等待状态；

d)若当前工作的簇内成员节点数为8以上，则选用加权伪中值滤波策略，以当前工作的成员节点报送的监测数据的加权伪中值作为本轮的最终汇聚结果，转步骤g；否则进入下一步；

e)若当前工作的簇内成员节点数为7以下，则将无线通信模块转入发送状态，再依据该轮工作的成员节点报送的监测数据，采用加权中值滤波策略计算汇聚结果，将该汇聚结果作为本轮的汇聚初值发送给簇内成员；将无线通信模块转入接收状态，等待接收成员节点本轮第二次发送数据；

f)将第二次接收的成员节点的监测值和置信等级与其本轮中节点第一次报送的监测值对比，对两次置信等级一致的各成员节点的测量值进行加权均值计算，以此结果作为本轮的汇聚结果；

g)将无线通信模块转入发送状态，将本轮汇聚结果报送上级节点并广播给簇内成员，以此结果作为成员更新其监测值置信等级的判别标准，同时，发送根据成员节点的置信等级与已工作轮数确定的簇成员节点下轮工作或休眠的节点调度信息，该信息包括下一轮轮休一次的节点号码和参与工作的节点号码及其报送数据的顺序；进入休眠，休眠结束后转下一步；h)重复b~g步骤。

2.根据权利要求1所述的面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法，其特征在于，本轮工作的簇内任一成员节点的操作步骤如下：

1）启用传感器采集监测信号，采用7点或9点中值滤波消除测量信号中的脉动噪声干扰；若当前轮为每三轮一次的环境噪声信号采集轮，则以节点中低于工作电压的稳定电压参考源的输出电压作为输入时的节点采样值，并使用滤波窗口宽度为5的中值滤波器滤除其中的脉动干扰噪声后计算环境背景噪声信息；

2）将自己的无线通信模块转入发送状态，根据簇首调度命令指定的节点数据报送顺序，在轮到本节点发送时向簇首节点发送本轮已经滤波处理的监测值和与其对应的监测值的置信等级、以及每三轮发送一次的环境噪声测量数据，然后将无线通信模块转入接收状态，等待并接收簇首信息；

3）若接收到簇首发布的是本轮的汇聚初值，则据此值判定节点自身是否属于新生的明显故障节点；若自判为本轮新生明显故障节点，则按退出和加入规则自动退出本轮汇聚，待以后恢复正常后向簇首发送数据申请重新加入；若非明显故障节点，则将无线通信模块转入发送状态，按自己的顺序号，将监测结果重新发送簇首，以排除通信错误或故障影响，然后无线通信模块重新转入接收状态，等待并接收簇首信息；

4）若收到的是本轮的最终汇聚结果，则依据该结果按自评规则更新自己监测值的置信等级；

5）根据簇首发布的调度命令，确定自己是参加下一个轮次工作或者下一轮休眠；

6）按周期时间休眠后重复1）~5）步骤。

3.如权利要求1所述的一种面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法，其步骤b)中，σ＝med(σ₁,σ₂,…,σ_n)，其中y_i是自诊断为正常的当前轮次的工作节点在参考值输入下的监测值经中值滤波后的结果，式中med表示对采样序列进行升序或降序排列然后取位于中间位置的值或中间位置的均值。