[发明专利]无线传感器网络中数据分发的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及远程监控及跟踪领域，尤其涉及无线传感器网络中数据分发的系统及方法。

背景技术

无线传感器网络是监视远程环境的有力工具，具有低成本、低功耗、多功能等很多独特的优点，因而可以广泛应用于许多不同的领域，如在军事上，可以实现战场实时监督和战场损失评估等；在商业上，可实现智能家居；在医疗上，可以远程实时监控病人的身体状况，一旦发生危急情况可在第一时间实施救助；在环境方面，可以实现生态环境监控、生物多样性监控等多种功能。

图1是一个典型的无线传感器网络的结构图。大量传感器节点被布置在整个被观测区域中，各个传感器节点将自己所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合之后传送给用户。由于无线传感器网络是面向特定应用领域的，对数据的采集通常都要求一定的准确性和实时性。在网络内将各传感器的数据进行分发，可以使整个网络都对监测的环境有全面的了解，从而增强系统的容错性能；另一方面，可以将非常重要的数据(如在战场上监测到有敌人入侵)及时分发给每个节点。同时，由于传感器节点一般都是电池供电，电力资源十分有限，因此，有必要设计一种节能的数据分发协议，不仅使每个传感器可以将其数据有效地传送给网络内的其他节点，同时又可以延长传感器节点的生命周期。

在下文中，参照图4～12，根据Fifth ACM/IEEE MOBICOM Conference上的学术论文‘Adaptive Protocol for Information Dissemination in Wireless Sensor Networks’，描述了论文中一种在无线传感器网络中实现数据分发的方法。

首先，在该方法中定义了一种叫meta-data的数据，用它来对节点采集的每条信息进行简洁但完整的描述，可以看成是传感器节点数据的一种标识，但它所占的存储空间要比实际的数据小得多。如果两个数据相同，则它们的meta-data也相同，反之亦然。

另外，在该方法中还定义了三种消息，用于节点间的通信。ADV，当一个传感器节点有新数据要传送时，向其相邻节点发送含有meta-data的ADV消息；REQ，接收到ADV消息的节点，通过ADV中的meta-data判断节点中是否已经有此数据了，若没有，则发送REQ请求该数据；DATA，其中包括了节点中的实际数据和它的meta-data。

如图4所示，当节点A有新的数据a要传送时，它发送ADVa给相邻节点。它的每个相邻节点在收到ADVa后，将ADVa中的meta-data与它自己的数据的meta-data进行比较，若已有此数据，则不发送REQ；若没有该数据，则发送REQa请求此数据。节点A在接收到REQa后，将DATA发送出去。如图5和6所示。

节点A的相邻节点在收到新的数据后，还要将此数据再转发给它的相邻节点。如图7～9所示，节点B若此时并没有自身的新数据发送，则转发A的数据即可。转发的过程和节点分发自己的数据时类似，不同的是，由于B是从A收到该数据的，因此B不再向A发送ADVa。

另一种情况是，节点B若此时除了要转发A的数据a之外，还有自身的新数据b要发送。此时，B将数据a、b合成为一个新的数据ab，并生成新的meta-data，再进行转发。但由于A只需要B的新数据b，B向A发送只包含数据b的meta-data的ADVb，而向其余的相邻节点发送包含数据ab信息的meta-data的ADVab，如图10所示。B在接收到REQb和REQab后，分别向A和其余相邻节点发送数据b和ab，如图11、12所示。

从以上对该方法的叙述中，可以发现以下一些问题。

首先，在该方法中，当一个节点不仅要转发相邻节点传送来的数据，还要发送自己的数据时，针对不同的相邻节点要发送两次不同的ADV消息和两次不同的DATA消息。这种情况在网络中是经常出现的。因而上述做法是非常消耗能量的，进而会缩短每个节点甚至整个网络的生命周期。

其次，在传感器网络中，因为传感器的监测区域有可能重叠，经常会有多个传感器监测到同一目标的情况发生，因而产生基本相同的数据及其meta-data。但由于各个传感器离观测目标的远近、周围所处环境等外界因素的不同，它们对观测目标所产生的信号强度也会不同，更具体的说，所产生数据的精确度也会又不同。上面所述的方法，如果这些节点的数据都在网络中分发，可能会导致在整个网络内的各个节点中虽然存在对某一事件或目标的描述，但其精确度却各不相同。其中必然有一种描述会发送到sink节点和远程用户。对观测目标不精确的描述，很可能使sink节点以及远程用户对观测目标做出不正确的判断，从而导致严重的后果。