WSN中的一种多传感器数据融合算法

来源:南粤论文中心 作者:宁宣杰1,赵 海1,尹 发表于:2010-04-03 10:54  点击:
【关健词】光线传感器髑络;数据约篱;约簿算法;数据融会
壤要:凳了适应无线糖感器矮络赘源受蒎秘耪点,囊虫一稃多镑感器数据敲合募法,箕法纛传感爰和壤络层之麓鬻加数器融 合层,将采熊的数据分为实时数据和非实时数括,对数据避行约筒处联,提高传感嚣节点传输被采集信息的效率.利用TinyOS 避行仿真测试,结果表明:教据融含算法可以有效地减少网络中数据通讯流量,节埔传感器节点能量,延长网络生存时间.

无线传感器网络(Wireless  Sensor Network,WSN)是一种 肉组织网络.一般由上千个无线传感器节点(Sensor     node)狈 一个或者足个孛心苇点(Sink node)擒成H引,簧感器节煮一
般携带有限的、不可替换的能源,在擞有后续能源的情况下,
正作寿命非常有限.由平其工作环境经常是在人类无法接近 的亳危险区域,使得更换节点能源嚣常困难,磷究测试发壤, 在无线传感器隧络孛,节点通过元线网络传输IBytes数据所 消耗的能量翳远远大予处理器执行一条指令所消耗的能蚩.
阑此。减少网络中无用信息的传输,掇高网络中单位数据所传
递的信意量,减少无线传感器露络的能耗,廷长光线簧感器阏
络的生存周期成为研究人员关注的焦点"引.
2相关工作 在传感器网络中,数据融合技术是传感器网络中一个常
用的方法,数据融合的作用在于帮助减少传感器节点和Sink
节点之闻传输的数据量+数据融合裁是要将不隧的簧感器溅
慧翻静一个藏多个数据包合并成为一个篱单的数据包.基予

垂线织税裁纛鼹痰处瑾鳇数据融合技拳霹羧藏多WSN建立 和维护的代价、消除数据冗余、减少传输次数,从而减轻网络 带宽的负担及大擞数据包处理所带来的熊量损耗.
弱蘸,弼内数据融合技术存在多种举圈的分类方式。根 据融合翦后的数据信患含餐蜀泼分秀戈攒融合秘有损融合, 根据融合级别可以分为像素缴融合、特征级融合和决策级融 合等等。

3  WSN审的数据融合算法

3.1传感数据类溅的划分
无线簧感器嬲终大多栗耀斡是多传感器结梅。郄每令第 点上包含有多种传感器;或者每个节点上仅仅有一种传感器, 但是擞个网络中包含有多种不同传感器的节点;也可能是含
有多种传感器节点秘带有单一传感器节点混合组成的—个无 线传感器两络。零霹种类静传感器掰采集鬻的数据,或者蘑 种类的传感器在不同监测环境下,采集到的数据变化特点是 不相闭的.这些特点包括:单位时间内数据所包含的信息量、 数据的变讫速率、变讫粒度等。
在一个元线传感器网络审,节点一般采用相同的固定周


收穰日期:2008-11477收修改稿日期:2009-04-09基金璜目:蘸家“八六纛”高技术研究发展计划璞鞭(2001AA415320)资助。搏者慧
奔:宁塞杰,舅,1961年生,游圭骚究生,磁突方舞舞鑫缀缀瓣终,赞戆器瓣络,复杂赘络;赵海,男,1959年缀,教授,薅士黧导薅,蘩突努鸯鸯侍
想器瞬络,自缎缀鄹络,数据融合,复杂潮络,嵌入系统;尹震宇,勇,1976年生,博意,研究方商为传感器搦络,自组织弼貉,数据融合,簧条弼络; 熟震宇,男,1978年生,研究方向为数据融合,复杂网络.

期采集和发送这些不同类型的数据,将数据汇集到Sink节点
厩,迸行榴关计算.这种采集策略对予变纯劂憨,筑律不可羧 测的传感数据类型来说,Sink节点将接收到大量的重复数 据,带来隧络中带宽帮熊耗方两的大纛开镑.
本文根据被发送数据的特点,将被发送数据划分为两种 类鳖:实融数据和菲实辩数据.实时数据稷菲实时数捂的定义 如下:
定义1.实时数据是撸采集;隆发送震期簧求严格保证酶 数据。传感器网络在监测实时数据时,节点在每个采样周期 内必矮缳证采集蓟数据,并且在规定时限痰送达Sink蒂患, 否则将会丢失有效信息.这类数据的变化特点是:数据的突 发缝霉筑缀强,数据酶燹纯率镶大,并基数据在变纯牵蠖性特 性很小.无线传感器网络只有尽力将所有采集到的数据都按 爵传送翳Sink蒂点孝举至予丢失对该被篮测谊惠鳃准确描 述.
型传感数据值发送到数据通信层.而Sink节点利用其腊台
服务器,将传送过来的菲实时数据魏变化鬣,逶过汪知的袋样 周期和采样时间点,恢复出完整的非实时数据的变化情况. 采用就种数据采集和传输策略,将大大缝藏步无线传感器褥 络的数据传输量,降低节电的能耗,提高整个网络的生存周
期。
3.3数据约简算法.
在数据融合层孛,对菲安时效撂约篱处理算法的融i网
描述如豳2所示.
 
定义2。菲实时数据,这静类型懿数据的特点是数据的交 化率小,数据变化缓慢,或者基本不发生变化.对于非实时数 据,始暴被篮控醛境发生特殊情提时,数据变化特性将发生改 变.这时糟要将原本的日}实时类型数据作为炭时类趔数据进 纷传感发送.
3.2数据融合屡的设计
盂线传感器嘲络中的普通传惑器节点,其能源供应穰信 息处理能力均高度受限.而Sink节点一般可以得到额外的 熊源供应,并且Sink节点也可以依靠骺台服务器来弥补宝身 处理能力的不足.
目翦无线传感器网络中的节赢大多采用的是低功耗的单 片处理器,因而程节点上对采粲的数据不傲过多的刿断和处 璎,仅将采集到的数据通过tl身无线通信协议模块,以多跳方 式发送掰Sink节点上,数据的分析处理工作宪全交给Sink节 点来完成.


塑I帮骞数挺融合攫无线传感器第点逻辑终搀忝意图

 

豳2数据融合层中非实时数据约简处理算法的Petir冈描述
Fig+2   &&Network  of non-re.al-tin地
data reduction in data fusion layer
其孛状态毙紊集会P霓袭l,交迁集会譬觅下菱表2。
本文主要实现目标的是通过减少发送不必要的采集数据 毽,仅发送戆够反映被篮测区域发生变化的数据寒减少蠲终 中数据通讯置,进而减少无线传感器网络消耗的总能量,寡现 延长节点生存时阅的强振.嚣数据约麓的对象针慰的是非实 时类型的数据.为此,数据融合层暂存上一次采集到的间类 憋菲实时数据13。每个要发送的菲实
袭l状态元索集合
T娃拱e l   Collection of State elements

Description
≤#实对数据理剃迭 (8)A2)=true, (A2>8》A1)∞true
(8《篷)=凇
数据a发送到数据通讯层
嚣实醇效据盘转换鸯赛辩类黎羧据
裁数‰据约处简于过炎程穷完工成董#状态
 
Fig.1   l ogic diagram of WSN with the data fusion layer
无线传感器第点在逻辑结聿弩上霹泼分为传感应耀凄纛数

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