[发明专利]无线分簇传感网的信息分流通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种无线分簇传感网的信息分流通信方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域，其综合了传感器技术、嵌人式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并将该些信息通过无线方式予以发送，同时还能以自组多跳的网络方式传送到用户终端，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通，因此，传感器网络具有十分广阔的应用前景，尤其在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。

无线传感器网络系统通常包括传感器节点、汇聚节点(Sink node)两大类。大量具有无线传输能力的传感节点由电池供电，随机部署在监测区域内，通过自组织方式构成网络。传感节点将兴趣事件通过节点间多跳方式上传至Sink，在上传过程中传感数据可能与其他节点进行协同或融合处理，从而达到提高上传信息熵和降低网络负载的目的。Sink在收集目标区域的信息后通过互联网络或卫星发送至终端用户或网络数据库。为了更好的实现信息融合，目前大多情况下采用分簇网络拓扑来进行信息的传递。与平面网络相比，分簇网络在数据融合、节能、网管、吞吐量等方面都具有明显的优势，已经成为设计和部署大规模无线传感器网络的一种重要方法。

典型的分簇网络拓扑如图所示。相互靠近的节点被分为小的分组，称为簇。每个簇有一个协调者，称为簇头。簇可理解为两层结构，簇头为上层结构，簇成员为下层结构。图中给出典型的信息传输上报方式。簇成员将数据信息上报给相应簇头，簇头通过其他簇头将信息汇聚至中心节点。由于簇头节点经常进行更远距离的传输，和其他成员节点相比而言具有更多的能量消耗。通常情况下，采用重新建簇来选择能量充足的节点来作为簇头，从而可将负载均衡的分散于各个节点。除获得能量有效性外，簇减少了信道抢占和包冲突，使在高负载情况下的表现更好，能够有效延长网络生命周期。

在传输过程中不断进行数据融合，从而减少数据流量，被认为是传感网的主要特点之一，是分簇架构得以广泛接受的基础。但MAC层是否能够进行数据融合以及如何进行数据融合是目前研究较少的领域，还没有成熟的研究成果。实际上，在不同应用需求下，信息的可融合性有待考虑。

特别地，观察如图所示的应用模型。以典型的入侵探测为例进行说明，当目标进入WSN布设区域时，随机散布的节点1，2，5，3，7将依次探测到目标。对于用户而言，处于检测态时，需要获得的基本的信息为目标报警、目标类型及目标运行轨迹等。此时，节点1，2，5，3，7上传的原始信息为目标触发、经模式识别后的目标类型，本身信息量较小，且由于该信息均针对同一目标，信息高度相关，可在传输过程中通过信息融合方式汇集。如节点1，2的原始信息汇集后为目标触发，目标类型(经融合后提高了识别概率)，目标轨迹(通过节点1，2)，更多节点的汇集结果与此类似，目标触发，目标类型(识别概率进一步提高)，目标轨迹(1，2，5，3，7…)，最终传输到用户端的信息和原始信息在传输数据量上相去不远。而用户在收到该融合后的报警信息时，若对某个节点处的直接信息感兴趣，如需观察图像探测器拍得的目标图片信息时，信息的传输模式和上述情况存在着完全的不同，该信息量较大，且在传输过程中无法与其他信息进行融合处理。

在上述典型应用中存在两种情况：数据聚合和数据非聚合情况。即汇聚到簇头节点的聚合因子α是不一样的。α较大时数据间的相关程度高，聚合后的数据量就越小，适合采用分簇网络构架。但对于α较小的非信息融合模型，分簇网络构架的信息传输的高效性值得考虑。此时汇聚到簇头处的信息量较大，而基于所有节点相同的考虑，采用簇头作为信息上传的主要途径将造成较大的时延，且加大簇头的开销。而在分簇拓扑下，所有上层协议均以簇为单位建立，为非融合模型来设立专门的传输途径又开销太大。