[发明专利]基于异构分簇无线传感网多源监测数据融合的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于异构分簇模型的无线传感器网络数据融合的方法及系统。

背景技术

随着传感器技术、低功耗无线通信技术以及嵌入式计算技术的飞速发展和日益成熟，生产具备感应、无线通信以及信息处理能力的低功耗微型传感器节点成为可能。这些微型的传感器节点共同组成无线传感器网络，通过节点间的短距离通信来协作感知、采集和处理覆盖区域内的多种环境信息(温度、湿度等)，并汇聚给远程基站(Sink)进行处理，以满足不同传感器网络中不同应用的需求。无线传感器网络的随机布设、自组织、环境适应等特点广泛应用在环境监测、生物医学研究、目标跟踪、工农业控制、军事应用等诸多领域。由于受到成本、体积等因素的限制，传感器节点处理能力、电池容量、无线带宽等资源非常有限。特别是面向一些特殊的应用领域时，对传感器节点的处理能力、无线通信能力以及供电方式等需求有所不同，研究异构网络的拓扑结构与信息处理模式具有广阔的应用前景和很高的应用价值。

将无线传感器网络划分成簇能有效利用系统资源，基于异构分簇模型的无线传感器网络，是指网络中存在多种不同能力的节点，能力强的节点自动成为簇头，这种网络避免了复杂的簇头选举过程并有效降低了普通节点的硬件复杂性和成本。

无线异构网络中的信息处理模式目前主要是对同一类型传感器感知信息进行数据融合处理，异构网络的融合方法面临着高延迟、高消耗、低速率等诸多方面的“瓶颈”。通过将数据融合问题与网络拓扑结构相结合，面向具体服务领域特点，研究异构分簇网络的融合思路和方法来为多种异构网络融合的实现提供更为广阔的研究空间。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于异构分簇无线传感网多源监测数据融合的方法及系统，将异构分簇无线传感网和无线网状(Mesh)网络相结合，充分利用两者的优势，进行拓扑规划，可以充分利用网络资源、扩大网络覆盖范围，平衡了网络负载，减少了整个网络的能量消耗，降低了普通节点的硬件复杂性和成本。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于异构分簇无线传感网多源监测数据融合系统，包含若干监测节点、若干簇头节点、若干中继节点、一网关节点和一上位机，网关节点接通上位机后，建立符合ZigBee协议的PAN网络，簇头节点和中继节点在上电后，搜寻并加入该PAN网络以组成无线网状网络，其中：

每一监测节点上电后，广播发送封装有其地址信息的广播包，以及在收到一簇头节点发送来的封装有父节点地址和采集周期的应答数据包后，按照该采集周期进行环境数据采集，并将采集到的环境数据发送给符合该父节点地址的簇头节点；

每一簇头节点在其接收到一监测节点发送来的广播包后，根据接收该广播包时的接收信号强度计算出该簇头节点与该监测节点的相关性值，将该簇头节点作为父节点，将该监测节点作为子节点，将该相关性值、该父节点地址以及该子节点地址封装为数据包并通过无线网状网络发送给上位机；以及接收并保存上位机通过无线网状网络发送来的拓扑结构列表和采集周期，将该拓扑列表中的父节点地址和采集周期分别发送给与该拓扑列表中的若干子节点地址相符的若干监测节点；

上位机根据簇头节点与监测节点的相关性值进行分簇处理，每一簇中包含一作为父节点的簇头节点和若干作为子节点的监测节点，产生各簇的拓扑列表，根据各簇内节点规模或者用户需求为各簇配置采集周期，然后将各簇的拓扑列表和采集周期封装成数据包通过无线网状网络发送给各簇内的簇头节点；以及根据接收到的环境数据的来源对环境数据进行分析处理。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：

簇头节点维护所管理的簇内节点的拓扑信息列表，当在一采集周期内接收到多个监测节点采集到的环境数据时，簇头节点只对该拓扑列表中存在的监测节点采集到的环境数据按照拓扑顺序依次打包，构成当前簇内监测到的完整数据，封装为数据包后通过无线网状网络上传给上位机。

进一步地，上述系统还可具有以下特点：