[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

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络信息处理领域，涉及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。

背景技术

无线传感器网络（WSN）作为一种新兴的信息采集与监测技术，在工业、军事、交通、医疗等领域有着广阔的应用前景。WSN一般由部署在同一区域的低成本或廉价传感器节点组成，通过多个节点协同监测同一环境对象或目标，并将它们的监测结果交给汇聚节点或基站进行融合处理，从而实现对所处环境目标或对象的有效而可靠的监测。然而，节点的能量供给和处理能力有限以及网络本身可能处于恶劣环境等因素造成无线传感器网络节点容易出现各种故障或错误，影响网络监测结果的正确性和可靠性，容易造成网络对监测对象的误判。由于节点被干扰和发生故障不可避免，因此，一方面网络与节点都需具备检查发现或诊断故障的能力，另一方面，网络也应该可以容许部分节点发生错误或故障。从数据汇聚方法上使得WSN能够容错而又节能对无线传感器网络保持和提高性能至关重要。

针对WSN所处环境的复杂性和无线通信本身的不可靠性，在WSN的应用中常用多节点同时监测同一环境对象的协同工作方式。这使WSN的观测信息在时间和空间上存在冗余。存在冗余性显然有利于提高监测的准确性与可靠性，其前提是要求无线传感器网络或节点能够通过信息处理自识别错误和故障或者能避免它们对监测结果的影响。

因此，有必要设计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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供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，该面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法能在高故障率下针对簇内不同成员节点数和不同故障情况下实施节能的具有容错性的数据汇聚。

发明的技术解决方案如下：

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，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（首轮不需要）【置信等级是节点按自评规则（后面有论述）确定的等级标示符号】，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【除非发出个别调整次序，否则该顺序一般为按号码数值先小后大的次序】；进入休眠，休眠结束后转下一步；

h)重复b~g步骤。

本轮工作的簇内任一成员节点的操作步骤如下：