[发明专利]无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法

权利要求书

1.一种无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

1)簇内节点利用滑动窗口采集数据，然后根据采集数据之间的时间关联性进行离群数据检测，并丢弃检测到的离群数据，最后，簇内节点计算合法数据的平均值，并将该平均值作为最终的采集数据发送给簇内邻居节点和簇头节点；

2)簇内节点收集簇内邻居节点发送的采集数据，然后利用簇内节点的空间关联性判断簇内邻居节点采集的数据是否为离群数据，最后，将判决结果发送给簇头节点；

3)簇头节点收集簇内节点发送的采集数据以及判决结果，并利用投票机制判断采集数据可能为离群数据的节点，然后将该节点的采集数据发送给邻居簇头，邻居簇头返回对该采集数据的判定结果，最后，簇头节点根据邻居簇头返回的判定结果剔除离群数据，并将正常数据融合后发送给基站。

2.根据权利要求1所述的无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤如下：

(11)簇内节点内一个窗口期间隔W中，每隔△时间采集一次数据，采集到的数据平均值为x_i，簇内节点对x_i进行归一化处理，得到归一化处理后的数据x′_i，归一化处理的计算公式为：

xi′=xi-xminxmax-xmin---(1)]]>

其中，x′_i为x_i归一化处理后的数据平均值，x_i表示节点采集到的数据平均值，x_max表示当前采集到的最大值，x_min表示在当前采集到的最小值；

(12)簇内节点计算x′_i与其他正常数据之间的距离dist(x′_i)；

(13)判断dist(x′_i)与dist_Threshold的大小关系，dist_Threshold是预设的欧式距离阈值，如果dist(x′_i)≤dist_Threshold，说明x_i为正常数据，则判断x_i与x_max、x_min的大小关系，如若x_i≤x_min，则x_i＝x_min，若x_i≥x_max，则x_i＝x_max，转至步骤(14)；如果dist(x′_i)>dist_Threshold，说明x_i为离群数据，则丢弃x_i，转到步骤(11)；

(14)簇头节点重新计算正常数据的平均值x_i，然后转到步骤(11)，直至该窗口期结束；

(15)当窗口期一个窗口期间隔W结束后，簇内节点向它的簇内邻居节点以及簇头节点发送DATA数据包，DATA数据包中包括了簇内节点的节点号ID，当前的窗口标识W_i，当前窗口期内采集到的正常数据中的最大值x_max，当前窗口期内采集到正常数据中的最小值x_min，当前窗口期内正常数据的平均值x_i。

3.根据权利要求1所述的无线传感器簇形网络中基于时空关联的离群数据检测方法，其特征在于：所述步骤3)的具体步骤如下：

31)簇头节点根据簇内成员节点在步骤1)中采集的数据以及步骤2)中的判定结果，通过累加的方法计算每个簇内节点采集的数据被判定为离群数据的次数，得到判定结果集合cnt：{cnt₁,cnt₂,...,cnt_m}，以及簇内节点集合O′：{t₀,t₁,t₂,...,t_m}，m表示簇内节点的个数；

32)簇头节点将判定结果集合cnt中的值分别与cnt_max进行比较，cnt_max是预设的阈值，如果cnt_i≥cnt_max，则表明节点t_i采集的数据可能为离群数据，最后，簇头节点得到可能为离群数据的数据集合Out：{Out₁,Out₂,...,Out_n}，以及采集的数据可能为离群数据的节点的集合Out_t：{Out_t₁,Out_t₂,...,Out_t_n}，n表示集合的大小；

33)簇头节点P向邻居簇头节点发送REQ数据包，REQ数据包至少包括了集合Out以及集合Out_t；

34)邻居簇头节点Z接收到REQ数据包后，判断节点Z收集到的正常数据与Out集合中的数据Out_i相似的个数，得到相似个数的集合Sum：{Sum₁,Sum₂,...,Sum_n}，n表示Out集合中数据的个数；

35)节点Z向节点P返回REP数据包，REP数据包中至少包含了集合Sum；

36)节点P接收到节点Z返回的REP数据包后，更新集合Out_t中节点Out_t_i在集合cnt中的值cnt_j，具体公式为：

cnt_j＝cnt_j-sum_i(8)

37)簇头节点P判断更新后的cnt_j的值与cnt_max的大小关系；如果cnt_j≥cnt_max，则表明节点Out_t_i采集的数据为离群数据，簇头节点P丢弃该数据；否则，节点Out_t_i采集的数据为正常数据；

38)簇头节点P将正常数据进行融合后发送给基站。