專利名稱：一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)融合方法，尤其涉及一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanismSystem, MEMS)、片上系統(tǒng)(SOC，System on Chip)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息，并將感知結(jié)果發(fā)送到匯聚節(jié)點(Sink)。在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、智能交通、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、智能家居、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和廣泛的應(yīng)用前景。對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般最終的目的是將所有傳感器所采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，然后在匯聚節(jié)點進行進一步的處理和分析，這個過程叫作數(shù)據(jù)收集。由于傳感器節(jié)點自身攜帶的能量非常有限，而傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置方式和應(yīng)用環(huán)境又決定了不可能頻繁更換節(jié)點電池，因此對于數(shù)據(jù)收集來說，一個重要的挑戰(zhàn)就是在保證數(shù)據(jù)收集成功率的前提下，減少傳輸?shù)拇螖?shù)，達到信息有效性和冗余性的平衡，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量，降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗，從而延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。一般來說，布置在同一區(qū)域的傳感器節(jié)點所采集到的數(shù)據(jù)在時間和空間上都是有相關(guān)性的，這些數(shù)據(jù)的相關(guān)性就造成了最后傳輸?shù)絽R聚節(jié)點的數(shù)據(jù)冗余。在一些關(guān)鍵的連接節(jié)點上，在它將所采集以及接收到的數(shù)據(jù)向前傳給匯聚節(jié)點之前，如果能夠清除掉這些數(shù)據(jù)里的冗余信息，那么就能減少整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸數(shù)據(jù)量，從而提高有效網(wǎng)絡(luò)容量，這個技術(shù)叫作數(shù)據(jù)融合。在WSNs中，采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)對提高整個網(wǎng)絡(luò)的容量意義重大。Mingyan Liu ^Λ 2003 43 M Computer Networks 1 白勺“Data—gathering wireless sensor networks !Organization and capacity (數(shù)據(jù)收集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和容量)”中提出了基于虛擬節(jié)點提高網(wǎng)絡(luò)容量的方法。在多對一的網(wǎng)絡(luò)場景與 TDMA(Time Division Multiple Access)的模式下，引入虛擬節(jié)點的概念可以在一定程度上提高系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)容量。但是他們并沒有考慮數(shù)據(jù)的相關(guān)性，只是將所采集到的數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。Raghupathy Sivakumar 等人于 2005 ^t Proceedings, of The First International Conference on Wireless Internet 白勺 “A scalable correlation aware aggregation strategy for wireless sensor networks (用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可擴展具有相關(guān)性意識的融合策略)”中給出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相關(guān)性融合的策略。他們首先給出了數(shù)據(jù)融合的模型，然后將整個網(wǎng)絡(luò)進行分簇，接著在分好的每個簇中進行數(shù)據(jù)融合，最后再將融合好的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點。但是他們只給出了整個網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，
4并沒有分析在融合之后對整個網(wǎng)絡(luò)容量的影響。Xiang-Yang Li ^ A T 2009 ^ ^ Proc. of The 6th Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor,Mesh and Ad Hoc Communications and Networks (SECON' 09)發(fā)表的 “Order-Optimal Data Collection in Wireless Sensor Networks =Delay and Capacity (無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中階次最優(yōu)的數(shù)據(jù)收集時延和容量)，， 中，將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為很多小的方形網(wǎng)格，然后對每個網(wǎng)格里所有的數(shù)據(jù)進行融合，再將融合好的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點。但是他們只考慮了最簡單的融合情況，也就是所有的數(shù)據(jù)在同一節(jié)點上都能融合成一個數(shù)據(jù)包，這樣會丟失很多數(shù)據(jù)的有效信息，這與很多實際情況都不相符。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，減少數(shù)據(jù)收集過程中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸次數(shù)與能量開銷，達到提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的目的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，通過組合使用虛擬節(jié)點(Virtual Source)和基于圓形網(wǎng)絡(luò)分簇的相關(guān)性數(shù)據(jù)融合(Correlation Aware Aggregation)，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集，并提高了數(shù)據(jù)融合之后的網(wǎng)絡(luò)容量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法， 其特征在于，包括以下步驟確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積、所述網(wǎng)絡(luò)包含的傳感器的數(shù)量、所述網(wǎng)絡(luò)的信道容量、所述傳感器的傳輸范圍R ；確定所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型；確定所述傳感器所采集的信息熵之間的相關(guān)度，所述信息熵是所述傳感器所采集的數(shù)據(jù)所包含的平均信息量；對所述網(wǎng)絡(luò)分簇，包括以所述網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點為圓心，以若干個同心圓將所述網(wǎng)絡(luò)劃分為m個層，所述層均為寬度為r的圓環(huán)，所述寬度r =力/3R ；將每一個所述層劃分為至少一個簇，所述簇為扇形，所述簇的面積均為nr2;在每一個所述簇中選出一個傳感器節(jié)點作為所述簇的融合節(jié)點；確定所述網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合方式，包括層內(nèi)數(shù)據(jù)融合，所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合是所述層的每一個所述簇的融合節(jié)點接收到所述簇中的所有傳感器所采集到的信息熵，而進行的數(shù)據(jù)融合；層間數(shù)據(jù)融合，所述層間數(shù)據(jù)融合是所述層的融合節(jié)點接收到所有比所述層距離所述匯聚節(jié)點更遠的層的融合節(jié)點的信息熵，而進行的數(shù)據(jù)融合；確定所述網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方式，包括每一個所述簇中的傳感器都將其所采集到的信息熵傳輸給所述簇的融合節(jié)點；每一個所述簇的融合節(jié)點把所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合和所述層間數(shù)據(jù)融合后的信息熵傳輸給比包括所述簇的層距離所述匯聚節(jié)點更近的、相鄰的層的融合節(jié)點；每一個所述層的融合節(jié)點只有完成所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合和所述層間數(shù)據(jù)融合后才繼續(xù)傳輸所述數(shù)據(jù)融合后的信息熵；所述數(shù)據(jù)融合后的信息熵最后傳輸?shù)剿鰠R聚節(jié)點；創(chuàng)造所述層的虛擬節(jié)點；根據(jù)所述數(shù)據(jù)傳輸方式，采用具負載和相關(guān)性的調(diào)度方案得到節(jié)點的可達吞吐量，所述節(jié)點的可達吞吐量是對于包括所述虛擬節(jié)點和所述源節(jié)點的平均吞吐量。進一步地，每一個所述簇的融合節(jié)點是所述簇內(nèi)距離所述簇的內(nèi)圓的圓弧中點位置最近的傳感器節(jié)點。進一步地，最接近所述匯聚節(jié)點的所述簇的融合節(jié)點為所述匯聚節(jié)點。進一步地，所述傳感器所采集的信息熵之間的相關(guān)度是基于所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型確定的。進一步地，所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型是協(xié)議層的干擾模型或物理層的干擾模型。進一步地，創(chuàng)造所述層的虛擬節(jié)點包括步驟根據(jù)所述信息熵之間的相關(guān)度，計算完成所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合后所述層的信息熵總量；計算完成所述層間數(shù)據(jù)融合后所述層的信息熵總量；所述的計算結(jié)果的總和就是所述層的虛擬節(jié)點的數(shù)量。進一步地，所述具負載和相關(guān)性的調(diào)度方案包括步驟根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型得到所述網(wǎng)絡(luò)的干擾區(qū)域；計算所述干擾區(qū)域中的所述虛擬節(jié)點的數(shù)量；根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)的干擾區(qū)域及所述虛擬節(jié)點的數(shù)量得到所述干擾區(qū)域中網(wǎng)絡(luò)圖的最大度；確定所述調(diào)度方案的調(diào)度長度，所述調(diào)度長度不超過所述干擾區(qū)域中網(wǎng)絡(luò)圖的最大度；根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)的信道容量和所述調(diào)度長度，得到所述節(jié)點的可達吞吐量。進一步地，所述干擾區(qū)域中的所述虛擬節(jié)點的數(shù)量是所述干擾區(qū)域中的所述層的虛擬節(jié)點數(shù)量的總和。在本發(fā)明的較佳實施方式中，首先確定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積、包含的傳感器的數(shù)量、信道容量和傳感器的傳輸范圍r，采用協(xié)議層的干擾模型，確定了傳感器所采集的信息熵之間的相關(guān)度；然后采用圓形網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)進行分簇，得到m個以該網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點為圓心的、寬度為r的圓環(huán)的層，進而得到面積均為Jir2的扇形的簇；選擇每一個簇內(nèi)距離簇的內(nèi)圓的圓弧中點位置最近的傳感器節(jié)點作為該簇的融合節(jié)點，其中，最接近匯聚節(jié)點的簇的融合節(jié)點為匯聚節(jié)點；通過層內(nèi)數(shù)據(jù)融合和層間數(shù)據(jù)融合，完成對該網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合，其中，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方式為每一個簇中的傳感器都將其所采集到的信息熵傳輸給該簇的融合節(jié)點，每一個簇的融合節(jié)點把數(shù)據(jù)融合后的信息熵傳輸給比包括該簇的層距離匯聚節(jié)點更近的、相鄰的層的融合節(jié)點，每一個層的融合節(jié)點只有完成層內(nèi)數(shù)據(jù)融合和層間數(shù)據(jù)融合后才繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)融合后的信息熵，所有的信息熵最終都傳輸?shù)絽R聚節(jié)點； 最后，創(chuàng)造層的虛擬節(jié)點，根據(jù)上述數(shù)據(jù)傳輸方式，采用具負載和相關(guān)性的調(diào)度方案得到節(jié)點的可達吞吐量，節(jié)點的可達吞吐量是對于包括虛擬節(jié)點和源節(jié)點的平均吞吐量?？梢钥闯?，本發(fā)明通過使用圓形網(wǎng)格對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行等面積分簇和分簇的數(shù)據(jù)融合方法，以更為貼近于傳感器的通信特點的方式描述出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際的通信情況，并且減少了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇螖?shù)，達到了信息有效性和冗余性的平衡，從而提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量，降低了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳輸中的能量消耗，因此延長了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。另外，本發(fā)明將虛擬節(jié)點與相關(guān)性數(shù)據(jù)融合的技術(shù)結(jié)合起來，兼顧了傳感器所采集信息熵之間的聯(lián)系，這進一步地提高了整個網(wǎng)絡(luò)的容量，從而進一步地延長了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是本發(fā)明的較佳實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置示意圖；圖2是本發(fā)明的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法的流程圖；圖3是本發(fā)明的較佳實施例的圓形網(wǎng)格的分簇方法的示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本實施例的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，作為匯聚節(jié)點的傳感器節(jié)點位于圓心位置，其他傳感器節(jié)點(即圖中的源節(jié)點)隨機分布在當(dāng)前區(qū)域。源節(jié)點可以通過一跳的方式將信息直接傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，也可以通過多跳的方式將信息傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。設(shè)定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)只使用單一的信道進行傳輸，利用TDMA來進行信息傳輸?shù)恼{(diào)度，每個傳感器所采集到的信息熵都是單位信息量，同時每個傳感器節(jié)點都有足夠的緩沖區(qū)。提高該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法的步驟如圖2所示，為步驟101，確定網(wǎng)絡(luò)的分布情況與參數(shù)。首先，確定整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中所包含的傳感器數(shù)量、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道容量、以及傳感器的傳輸范圍。在本實例中，將無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的圓形區(qū)域面積設(shè)定為1，所包含的傳感器數(shù)量是 η,當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的信道容量是W，每個傳感器的傳輸范圍都是R。其次，確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的干擾模型以及傳感器所采集的信息熵(Entropy)之間的相關(guān)度，信息熵是傳感器所采集的數(shù)據(jù)所包含的平均信息量。在本實例中采用協(xié)議層的干擾模型。設(shè)\和Xj是兩個距離為的節(jié)點，如果節(jié)點&正在傳輸數(shù)據(jù)，那么只有滿足屯,」彡r并且dk,j>r+A，Δ彡0 (i，j，k = 1，2，…， η, i ^ j ^ k)時，這兩個節(jié)點之間才能進行成功的傳輸。因此，如果兩個節(jié)點之間的距離小于2Γ+Δ，它們同時傳輸數(shù)據(jù)時將會產(chǎn)生干擾。在本實例中，信息熵之間的相關(guān)度取為P e W，1]，如果每個節(jié)點所采集到的信息熵是Htl，那么兩個節(jié)點之間信息熵相關(guān)聯(lián)的部分將是P H0,不相關(guān)聯(lián)的部分將是2 (1- P ) Htl，因此，數(shù)據(jù)融合之后信息熵總量是(2-p)^。步驟102，對整個網(wǎng)絡(luò)進行分簇。根據(jù)步驟101中得到的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積與傳感器數(shù)量來對整個網(wǎng)絡(luò)進行分簇，保證每個簇的面積都相等，并且保證處于同一簇的傳感器都可以在一跳之內(nèi)通在本實例中采用圓形網(wǎng)格的方法來對整個圓形區(qū)域進行分簇。首先，以匯聚節(jié)點為圓心，將整個區(qū)域劃分為m個同心圓環(huán)，并使得每個圓環(huán)的寬度都是r，寬度r =力/3R。 第1個圓環(huán)(即最接近匯聚節(jié)點的圓環(huán))里的傳感器節(jié)點(即源節(jié)點)經(jīng)過1跳可以達到匯聚節(jié)點，第2個圓環(huán)(即第1個圓環(huán)的外圓鄰接的圓環(huán))里的傳感器節(jié)點經(jīng)過2跳可以達到匯聚節(jié)點，第m個圓環(huán)里的傳感器節(jié)點經(jīng)過m跳可以達到匯聚節(jié)點，同時相鄰的2個圓
環(huán)之間都是1跳可達的。根據(jù)達到匯聚節(jié)點的跳數(shù)不同，我們將圓環(huán)分別編號為1、2.....
m，并分別稱為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的層1、2.....m。在圖3的圓形網(wǎng)絡(luò)分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
中，m = 5。對于層j，即第j個圓環(huán)(j = 1,2,…，m)，我們進一步地將它劃分為2j_l個等角扇形，如圖3所示，經(jīng)過劃分后，層1由簇11構(gòu)成，層2由簇21、22、23構(gòu)成，層3由簇31、 32,. . .、35構(gòu)成，層4由簇41、42、. . .、47構(gòu)成，層5由簇51、52、. . .、59構(gòu)成。對于j > 5 的情況，以此類推。可以看出，這些簇的面積相等，都是4= ^ir20這樣，經(jīng)過劃分后網(wǎng)絡(luò)中包含的簇的總數(shù)為m2( S卩1+3+. . . +2m-l)。由于所有的傳感器都是隨機分布的，那么每個簇所包含的傳感器數(shù)量\就有很大的概率處于區(qū)間，其中序列{ α J 滿足條件limn— CinAi= ε，ε是一個正的極小量，η表示整個網(wǎng)絡(luò)中傳感器的數(shù)量。步驟103，在每個簇中選取融合節(jié)點。根據(jù)步驟102中得到的分簇結(jié)果，在每個簇中選出一個傳感器節(jié)點作為融合節(jié)點，在本實例中，選取每個簇(扇形)內(nèi)距離其內(nèi)圓的圓弧中點位置最近的傳感器節(jié)點作為該簇的融合節(jié)點，匯聚節(jié)點1跳之內(nèi)(即圖3中的簇11之內(nèi))的傳感器節(jié)點將直接選取匯聚節(jié)點作為融合節(jié)點。步驟104，簇中的其他節(jié)點都將數(shù)據(jù)傳輸給融合節(jié)點。根據(jù)步驟103中得到的每個簇的融合節(jié)點，每個簇中所有的傳感器節(jié)點都將其所采集到的信息熵傳輸給該簇的融合節(jié)點進行數(shù)據(jù)融合，即層內(nèi)數(shù)據(jù)融合。匯聚節(jié)點1跳之內(nèi)(即圖3中的簇11之內(nèi))的傳感器節(jié)點將信息熵直接傳給匯聚節(jié)點。根據(jù)融合節(jié)點的所在層距離匯聚節(jié)點的遠近關(guān)系，以從遠到近的方式確定融合節(jié)點之間的傳輸順序。本實施例中每一個層代表一個融合級別，每一層的融合節(jié)點都要等外層的融合節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸給它之后，再進行融合，然后再將數(shù)據(jù)傳給里層的融合節(jié)點。即 距離匯聚節(jié)點較遠的層的融合節(jié)點把完成數(shù)據(jù)融合的信息熵傳輸給距離匯聚節(jié)點較近的層的融合節(jié)點，并且，對于每個層，只有當(dāng)它的融合節(jié)點接收到比它距離匯聚節(jié)點更遠的層的融合節(jié)點的所有的信息熵，并且進行了最大化融合后，才能允許它的融合節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖人嚯x匯聚節(jié)點較近的層的融合節(jié)點。融合節(jié)點接收到所有比它所在的層距離匯聚節(jié)點更遠的層的融合節(jié)點的信息熵而進行的數(shù)據(jù)融合為層間數(shù)據(jù)融合。這一過程通過步驟 105-121 完成。步驟105，判斷是否外層的所有數(shù)據(jù)都傳輸給了當(dāng)前層的融合節(jié)點。如果判斷結(jié)果為“否”，則進入步驟111 ；如果判斷結(jié)果為“是”，則進入步驟121。步驟111，繼續(xù)等待外層的數(shù)據(jù)傳輸，進入步驟105。步驟121，當(dāng)前層的融合節(jié)點將數(shù)據(jù)傳輸給更近一層的融合節(jié)點。這樣，對于步驟103中確定了融合節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，層k+Ι的融合節(jié)點把完成數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)傳輸給層k的某一融合節(jié)點，此融合節(jié)點優(yōu)選地是層k中距離需要傳輸數(shù)據(jù)的融合節(jié)點最近的那個融合節(jié)點。層k中的融合節(jié)點只有在接受了所有層k+Ι的融合節(jié)點的信息熵，并且接受了層k中所有傳感器節(jié)點的信息熵之后再進行數(shù)據(jù)融合，然后把完成數(shù)據(jù)融合的信息熵傳輸給層k-1的融合節(jié)點。步驟122，根據(jù)每一層的傳輸次數(shù)創(chuàng)造虛擬節(jié)點。每個層的融合節(jié)點將它自己所采集到的信息熵與其他節(jié)點傳輸給它的信息熵進行數(shù)據(jù)融合，在融合完成后產(chǎn)生與該層內(nèi)總的傳輸次數(shù)相等的虛擬節(jié)點。根據(jù)步驟102中確定的分簇結(jié)果，用表示層j的所有傳感器數(shù)量，那
么有很大的概率η」處于區(qū)間-j^,(2j-l)nAr +j^]中，用k」表示
所有層數(shù)(跳數(shù))大于j的層中的傳感器數(shù)量，那么有很大的概率、處于區(qū)間
權(quán)利要求
1.一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，包括以下步驟確定無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積、所述網(wǎng)絡(luò)包含的傳感器的數(shù)量、所述網(wǎng)絡(luò)的信道容量、所述傳感器的傳輸范圍R ；確定所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型；確定所述傳感器所采集的信息熵之間的相關(guān)度，所述信息熵是所述傳感器所采集的數(shù)據(jù)所包含的平均信息量；對所述網(wǎng)絡(luò)分簇，包括以所述網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點為圓心，以若干個同心圓將所述網(wǎng)絡(luò)劃分為m個層，所述層均為寬度為r的圓環(huán)，所述寬度r =力/3R ；將每一個所述層劃分為至少一個簇，所述簇為扇形，所述簇的面積均為nr2 ；在每一個所述簇中選出一個傳感器節(jié)點作為所述簇的融合節(jié)點；確定所述網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合方式，包括層內(nèi)數(shù)據(jù)融合，所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合是所述層的每一個所述簇的融合節(jié)點接收到所述簇中的所有傳感器所采集到的信息熵，而進行的數(shù)據(jù)融合；層間數(shù)據(jù)融合，所述層間數(shù)據(jù)融合是所述層的融合節(jié)點接收到所有比所述層距離所述匯聚節(jié)點更遠的層的融合節(jié)點的信息熵，而進行的數(shù)據(jù)融合；確定所述網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方式，包括每一個所述簇中的傳感器都將其所采集到的信息熵傳輸給所述簇的融合節(jié)點；每一個所述簇的融合節(jié)點把所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合和所述層間數(shù)據(jù)融合后的信息熵傳輸給比包括所述簇的層距離所述匯聚節(jié)點更近的、相鄰的層的融合節(jié)點；每一個所述層的融合節(jié)點只有完成所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合和所述層間數(shù)據(jù)融合后才繼續(xù)傳輸所述數(shù)據(jù)融合后的信息熵；所述數(shù)據(jù)融合后的信息熵最后傳輸?shù)剿鰠R聚節(jié)點；創(chuàng)造所述層的虛擬節(jié)點；根據(jù)所述數(shù)據(jù)傳輸方式，采用具負載和相關(guān)性的調(diào)度方案得到節(jié)點的可達吞吐量，所述節(jié)點的可達吞吐量是對于包括所述虛擬節(jié)點和所述源節(jié)點的平均吞吐量。
2.如權(quán)利要求1所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中所述簇的融合節(jié)點是所述簇內(nèi)距離所述簇的內(nèi)圓的圓弧中點位置最近的傳感器節(jié)點。
3.如權(quán)利要求2所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中最接近所述匯聚節(jié)點的所述簇的融合節(jié)點為所述匯聚節(jié)點。
4.如權(quán)利要求3所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中所述傳感器所采集的信息熵之間的相關(guān)度是基于所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型確定的。
5.如權(quán)利要求4所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型是協(xié)議層的干擾模型或物理層的干擾模型。
6.如權(quán)利要求5所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中創(chuàng)造所述層的虛擬節(jié)點包括步驟根據(jù)所述信息熵之間的相關(guān)度，計算完成所述層內(nèi)數(shù)據(jù)融合后所述層的信息熵總量；計算完成所述層間數(shù)據(jù)融合后所述層的信息熵總量；所述的計算結(jié)果的總和就是所述層的虛擬節(jié)點的數(shù)量。
7.如權(quán)利要求6所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中所述具負載和相關(guān)性的調(diào)度方案包括步驟根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)的干擾模型得到所述網(wǎng)絡(luò)的干擾區(qū)域；計算所述干擾區(qū)域中的所述虛擬節(jié)點的數(shù)量；根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)的干擾區(qū)域，得到所述干擾區(qū)域中網(wǎng)絡(luò)圖的最大度；確定所述調(diào)度方案的調(diào)度長度，所述調(diào)度長度不超過所述干擾區(qū)域中網(wǎng)絡(luò)圖的最大度；根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)的信道容量和所述調(diào)度長度，得到所述節(jié)點的可達吞吐量。
8.如權(quán)利要求7所述的提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，其中所述干擾區(qū)域中的所述虛擬節(jié)點的數(shù)量是所述干擾區(qū)域中的所述層的虛擬節(jié)點數(shù)量的總和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量的數(shù)據(jù)融合方法，包括使用圓形網(wǎng)格對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行等面積分簇，確定簇的融合節(jié)點，確定網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合方式，確定網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸方式，以及創(chuàng)造虛擬節(jié)點并采用具負載和相關(guān)性的調(diào)度方案得到節(jié)點的可達吞吐量。本發(fā)明以更為貼近于傳感器的通信特點的方式描述出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際的通信情況，并且減少了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇螖?shù)，從而達到了信息有效性和冗余性的平衡，提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容量。
文檔編號H04W84/18GK102438291SQ20121000236
公開日2012年5月2日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者關(guān)新平, 劉亞雄, 陳彩蓮 申請人:上海交通大學(xué)