面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN102740340102740340B(45)授权公告日2014.08.20(21)申请号201210250395.1审查员朱嘉怡(22)申请日2012.07.19(73)专利权人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人刘少强谭宗凯陈文见李勇周樊晓平严珍艳(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所43114代理人黄美成(51)Int.Cl.H04W24/04(2009.01)H04W84/18(2009.01)权权利要求书4页利要求书4页说明书11页说明书11页附图4页附图4页(54)发明名称面向无线传感器网络簇内同构型节点的数据汇聚方法(57)摘要本发明公开了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。簇内节点每轮根据数据汇聚结果与自测数据自己评定下轮的测量置信等级;簇首依当前工作节点数选择汇聚策略，根据节点自报置信等级与测量值,按加权规则确定本轮的权系数,再以加权滤波结果作为汇聚值。节点数较多时采用加权伪中值滤波;节点数少时按加权中值滤波计算汇聚初值,节点据此初值重评置信等级后报簇首，簇首按加权平均计算汇聚值并上报。基于加权规则和中值滤波的鲁棒性,本方法使簇内同构节点的数据汇聚在高故障率下能保持较高精度和低能耗,在正常节点冗余量较低时还能保证汇聚结果正确,且故障节点恢复正常可重新工作。CN102740340BCN102743BCN102740340B权利要求书1/4页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；2CN102740340B权利要求书2/4页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，