基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法，通過將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的全部節(jié)點分別被設(shè)置為三種類型：代表節(jié)點、成員節(jié)點和獨立節(jié)點，將代表節(jié)點和獨立節(jié)點所采集到的感知數(shù)據(jù)上傳到外部網(wǎng)絡(luò)，而成員節(jié)點所采集到的感知數(shù)據(jù)則已被代表節(jié)點所采集到的感知數(shù)據(jù)代表，并不進行上傳，實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合。本發(fā)明的數(shù)據(jù)融合方法具有準(zhǔn)確性高、能耗小、實用性強和應(yīng)用方式靈活的優(yōu)點，特別適用于節(jié)點密集部署、節(jié)點數(shù)據(jù)頻繁上傳，且監(jiān)測對象變化緩慢的場合。
【專利說明】基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)據(jù)融合是將來自多個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)相關(guān)性或者實際應(yīng)用需求，在無 線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)去除冗余數(shù)據(jù)，或者得到各數(shù)據(jù)的某種特征，或者得到某個事件結(jié) 論的過程。數(shù)據(jù)融合技術(shù)的實施目的在于降低數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳遞數(shù)量，從而 降低網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
[0003] 密集部署方式下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)具有較強的相關(guān)性。為 了準(zhǔn)確進行節(jié)點相關(guān)數(shù)據(jù)的融合，需要具有節(jié)點間相關(guān)性的準(zhǔn)確度量方法，因此，研宄節(jié)點 間相關(guān)性度量方法直接關(guān)系到數(shù)據(jù)融合算法的準(zhǔn)確性。
[0004]目前，有關(guān)學(xué)者對節(jié)點間數(shù)據(jù)相關(guān)度描述方法的研宄主要包括了基于部署特征 (節(jié)點位置、節(jié)點覆蓋范圍）和基于數(shù)據(jù)特征的描述方法。其中基于部署特征的相關(guān)性描述 方法包括了基于節(jié)點位置的相關(guān)性描述方法和基于節(jié)點感知范圍重疊度的相關(guān)性描述方 法。基于數(shù)據(jù)特征的相關(guān)性描述方法包括了基于節(jié)點數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性描述和基于數(shù) 據(jù)分布的相關(guān)性描述方法。
[0005] 基于節(jié)點部署特征的相關(guān)性描述方法通過節(jié)點間位置的直線距離或者相鄰節(jié)點 感知范圍的重疊程度來反映節(jié)點之間的相關(guān)程度，建立節(jié)點間的相關(guān)度公式。該類相關(guān)度 公式具有建模簡單，計算方便的優(yōu)點。但該相關(guān)性描述方法存在缺陷：各節(jié)點間噪聲需為獨 立同分布的高斯噪聲，WSN實際所處環(huán)境難以滿足；復(fù)雜環(huán)境中，存在節(jié)點間部署位置與節(jié) 點間相關(guān)性不一致的問題。該相關(guān)性描述方法的缺陷主要是因為未考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部 署時的實際環(huán)境。
[0006] 基于節(jié)點數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)的相關(guān)性描述方法采用Pearson相關(guān)系數(shù)來度量兩節(jié)點 之間的相關(guān)度。該相關(guān)性描述方法可以準(zhǔn)確描述兩節(jié)點數(shù)據(jù)之間的線性相關(guān)性，適用于 描述事件區(qū)域變化不大，部署環(huán)境簡單的應(yīng)用場合。但在實際應(yīng)用時，計算節(jié)點數(shù)據(jù)間 Pearson相關(guān)系數(shù)時需要上傳大量的原始數(shù)據(jù)給Sink節(jié)點，該數(shù)據(jù)上傳過程會消耗較多能 量，不利于節(jié)約能耗。特別是在傳遞離Sink節(jié)點較遠的原始數(shù)據(jù)，能耗問題更嚴重。另外， 當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時，節(jié)點之間的相關(guān)性會隨之發(fā)生變化，需要重新計算節(jié)點間相關(guān)性，耗費 大量節(jié)點能量。
[0007] 基于數(shù)據(jù)分布的相關(guān)性描述方法，通過節(jié)點數(shù)據(jù)相對其鄰居節(jié)點數(shù)據(jù)的相對位置 來描述該節(jié)點相對其鄰居節(jié)點的相關(guān)度。該相關(guān)性描述方法存在描述方法單一，適用場合 有限，無法全面準(zhǔn)確描述節(jié)點數(shù)據(jù)間相關(guān)性的缺陷。導(dǎo)致該描述方法實用性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)融合方法。
[0009] 解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0010] -種基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟一，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i在同一時刻向其全部鄰居節(jié)點Vl，v2，? ，vn發(fā)送該時刻的感知數(shù)據(jù)D，并接收其全部鄰居節(jié)點vi，v2，…，\向其發(fā)送的該時刻的感 知數(shù)據(jù)D'pD'2，...D'n，其中，n為節(jié)點i的鄰居節(jié)點總數(shù)量；
[0012] 步驟二，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i分別判斷其是否為核心節(jié)點；
[0013] 步驟三，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個作為核心節(jié)點的節(jié)點i，分別將其全部鄰居節(jié)點 vi，v2,…，vn劃分為e鄰域內(nèi)節(jié)點集合N〇deSet(i) 和e鄰域外節(jié)點集合NodeSet(i) outer *
[0014] 步驟四，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i分別計算并保存其相對于鄰居節(jié)點的數(shù) 據(jù)密度相關(guān)度Sim(i);
[0015] 步驟五，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個作為核心節(jié)點的節(jié)點i，分別向其e鄰域內(nèi)節(jié) 點集合NodeSet(i)innOT中的每一個節(jié)點發(fā)送信息包（kpLSimQ))、向其e鄰域外節(jié)點集 合NodeSetQ)。^^中的每一個節(jié)點發(fā)送信息包（ki, -1，Sim(i))，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個 作為非核心節(jié)點的節(jié)點i，分別向其全部鄰居節(jié)點Vp v2，…，vn廣播信息包（ki,0,Sim(i))， 其中，信息包中的h為節(jié)點i的編號，Sim(i)為節(jié)點i保存的相對于鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)密度 相關(guān)度，"1"、"-1"和"〇"為標(biāo)志信息；
[0016] 并且，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i，分別接收其全部鄰居節(jié)點Vpv2，…，￥"向 其發(fā)送的信息包；
[0017] 步驟六，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i分別依據(jù)接收到的信息包進行判斷，以 將其設(shè)置為相應(yīng)的節(jié)點類型：
[0018] 對于作為非核心節(jié)點的節(jié)點i，如果其接收到的全部信息包的標(biāo)志信息均為"0" 或者均為"-1"，則設(shè)置為獨立節(jié)點，否則，設(shè)置為成員節(jié)點；
[0019] 對于作為核心節(jié)點的節(jié)點i，如果其沒有接收到標(biāo)志信息為"1"的信息包，則設(shè)置 為代表節(jié)點；
[0020] 對于作為核心節(jié)點的節(jié)點i，如果其接收到一個或以上標(biāo)志信息為"1"的信息包， 則將其節(jié)點編號h、保存的數(shù)據(jù)密度相關(guān)度Sim(i)和接收到標(biāo)志信息為"1"的信息包中的 節(jié)點編號匕發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將向其發(fā)送該信息的核心節(jié)點劃 分到若干個局部相關(guān)區(qū)域，將每一個局部相關(guān)區(qū)域中數(shù)據(jù)密度相關(guān)度Sim(i)最大的核心 節(jié)點標(biāo)記成代表節(jié)點，而該局部相關(guān)區(qū)域中的其余核心節(jié)點則標(biāo)記成成員節(jié)點，并將標(biāo)記 信息放送回相應(yīng)的核心節(jié)點，接收到標(biāo)記信息的核心節(jié)點設(shè)置成相應(yīng)的節(jié)點類型，其中，對 于一個局部相關(guān)區(qū)域中的任意一個核心節(jié)點，其至少向該局部相關(guān)區(qū)域中一個核心節(jié)點發(fā) 送標(biāo)志信息為"1"的信息包，或者其至少接收到該局部相關(guān)區(qū)域中一個核心節(jié)點發(fā)送的標(biāo) 志信息為"1"的信息包；
[0021] 步驟七，將代表節(jié)點和獨立節(jié)點所采集到的感知數(shù)據(jù)上傳到外部網(wǎng)絡(luò)。
[0022] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述步驟二中，核心節(jié)點滿足的判斷條件為min Pts<N<n，非核心節(jié)點滿足的判斷條件為N<minPts，其中，N為節(jié)點i的全部鄰居節(jié) 點感知數(shù)據(jù)D/，D2'，...Dn'中滿足|D/ -D|<e的鄰居節(jié)點感知數(shù)據(jù)D/的數(shù)量，e 為預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)閾值，minPts為預(yù)設(shè)的數(shù)量閾值。
[0023] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述步驟三中，屬于e鄰域內(nèi)節(jié)點集合NodeSet(i) innel?的節(jié)點，其感知數(shù)據(jù)滿足|D/ _D| <e，屬于e鄰域外節(jié)點集合NodeSetQ)。^的節(jié) 點，其感知數(shù)據(jù)滿足|D/ _D|彡e。
[0024] 作為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，所述步驟四中，對于作為核心節(jié)點的節(jié)點i，其相對 于鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)密度相關(guān)度為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于數(shù)據(jù)密度相關(guān)度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合方法，包括以下步驟： 步驟一，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i在同一時刻向其全部鄰居節(jié)點V1,V2，…，^發(fā) 送該時刻的感知數(shù)據(jù)D，并接收其全部鄰居節(jié)點V1,V2,…，￥"向其發(fā)送的該時刻的感知數(shù)據(jù)D'i，D' 2，…D'n，其中，n為節(jié)點i的鄰居節(jié)點總數(shù)量； 步驟二，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i分別判斷其是否為核心節(jié)點； 步驟三，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個作為核心節(jié)點的節(jié)點i，分別將其全部鄰居節(jié)點vi，v2,…，vn劃分為e鄰域內(nèi)節(jié)點集合N〇deSet(i) 和e鄰域外節(jié)點集合NodeSet(i) outer* 步驟四，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i分別計算并保存其相對于鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)密 度相關(guān)度Sim⑴； 步驟五，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個作為核心節(jié)點的節(jié)點i，分別向其e鄰域內(nèi)節(jié)點集 合此(1656七（；〇^"中的每一個節(jié)點發(fā)送信息包〇^，1，5；[1]1(；〇)、向其￡鄰域外節(jié)點集合 NodeSet(;〇_"中的每一個節(jié)點發(fā)送信息包（ki, -1，Sim(i))，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個作 為非核心節(jié)點的節(jié)點i，分別向其全部鄰居節(jié)點V1,V2，…，vn廣播信息包（ki, 0,Sim(i))，其 中，信息包中的h為節(jié)點i的編號，Sim(i)為節(jié)點i保存的相對于鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)密度相 關(guān)度，" 1"、" -1"和" 0 "為標(biāo)志信息； 并且，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i，分別接收其全部鄰居節(jié)點Vl，V2，…，Vn向其發(fā) 送的信息包； 步驟六，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每一個節(jié)點i分別依據(jù)接收到的信息包進行判斷，以將其 設(shè)置為相應(yīng)的節(jié)點類型： 對于作為非核心節(jié)點的節(jié)點i，如果其接收到的全部信息包的標(biāo)志信息均為"〇"或者 均為"-1"，則設(shè)置為獨立節(jié)點，否則，設(shè)置為成員節(jié)點； 對于作為核心節(jié)點的節(jié)點i，如果其沒有接收到標(biāo)志信息為"1"的信息包，則設(shè)置為代 表節(jié)點； 對于作為核心節(jié)點的節(jié)點i，如果其接收到一個或以上標(biāo)志信息為" 1"的信息包，則將 其節(jié)點編號h、保存的數(shù)據(jù)密度相關(guān)度Sim(i)和接收到標(biāo)志信息為"1"的信息包中的節(jié)點 編號h發(fā)送給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點將向其發(fā)送該信息的核心節(jié)點劃分到 若干個局部相關(guān)區(qū)域，將每一個局部相關(guān)區(qū)域中數(shù)據(jù)密度相關(guān)度Sim(i)最大的核心節(jié)點 標(biāo)記成代表節(jié)點，而該局部相關(guān)區(qū)域中的其余核心節(jié)點則標(biāo)記成成員節(jié)點，并將標(biāo)記信息 放送回相應(yīng)的核心節(jié)點，接收到標(biāo)記信息的核心節(jié)點設(shè)置成相應(yīng)的節(jié)點類型，其中，對于一 個局部相關(guān)區(qū)域中的任意一個核心節(jié)點，其至少向該局部相關(guān)區(qū)域中一個核心節(jié)點發(fā)送標(biāo) 志信息為"1"的信息包，或者其至少接收到該局部相關(guān)區(qū)域中一個核心節(jié)點發(fā)送的標(biāo)志信 息為"1"的信息包； 步驟七，將代表節(jié)點和獨立節(jié)點所采集到的感知數(shù)據(jù)上傳到外部網(wǎng)絡(luò)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟二中，核心節(jié)點滿足 的判斷條件為minPts<N<n，非核心節(jié)點滿足的判斷條件為N<minPts，其中，N為節(jié)點 i的全部鄰居節(jié)點感知數(shù)據(jù)d'i，d' 2，…d'n中滿足Id' ^dI< e的鄰居節(jié)點感知數(shù) 據(jù)D'j勺數(shù)量，e為預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)閾值，minPts為預(yù)設(shè)的數(shù)量閾值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟三中，屬于e鄰域 內(nèi)節(jié)點集合NodeSet(i)innOT的節(jié)點，其感知數(shù)據(jù)滿足|D'j-D| <e，屬于e鄰域外節(jié)點集 合NodeSet(Dtjute的節(jié)點，其感知數(shù)據(jù)滿足|D'」_D|彡e。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟四中，對于作為核心 節(jié)點的節(jié)點i，其相對于鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)密度相關(guān)度為：
D' j2，…，D'jN為屬于e鄰域內(nèi)節(jié)點集合NodeSet(i)innOT的全部節(jié)點的感知數(shù)據(jù)， Eipa2和a3為權(quán)重，a1+?+?= 1， 對于作為非核心節(jié)點的節(jié)點i，其相對于鄰居節(jié)點的數(shù)據(jù)密度相關(guān)度為：Sim(i) = 0。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟二中，數(shù)量閾值 minPts表示節(jié)點i對其鄰居節(jié)點有代表性所需要的最小鄰居節(jié)點數(shù)量，數(shù)據(jù)閾值e表示核 心節(jié)點感知數(shù)據(jù)與被代表節(jié)點感知數(shù)據(jù)之間的最大允許誤差。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟四中，權(quán)重ap&2和 %由主成分分析方法對所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行計算得到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于：所述步驟七中，用能量有效路 由算法計算出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)上傳路徑，將代表節(jié)點和獨立節(jié)點所采集到的感知數(shù) 據(jù)按該數(shù)據(jù)上傳路徑上傳給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點，以上傳到外部網(wǎng)絡(luò)。
【文檔編號】H04W84/20GK104507180SQ201410834538
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】詹宜巨, 袁飛, 蔡慶玲, 黃江東, 王永華 申請人:中山大學(xué)