[发明专利]基于对数量化的无线传感器网络滤波信息处理系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于对数量化的无线传感器网络滤波信息处理系统及方法，该系统包括：分别对应设置l个传感器、事件触发器、滤波器和量化器的传感器采样单元、事件触发单元、分布式滤波单元和量化单元，对应的1个传感器、事件触发器、滤波器和量化器依次连接，形成l组独立的滤波信息处理链路，l组滤波信息处理链路输出端连接有融合单元；传感器分别获取l个观测变量，传感器测得的观测变量进行事件触发输出至滤波器，滤波器进行系统状态变量估计，量化器进行量化，融合单元对l组状态变量量化估计值进行融合得到状态变量估计值。与现有技术相比，本发明能够实现信号有效地传输，降低传输数据量、减少网络拥塞、丢包等现象，提高系统性能。

技术领域

本发明涉及一种滤波信息处理系统及方法，尤其是涉及一种基于对数量化的无线传感器网络滤波信息处理系统及方法。

背景技术

当今社会，信息化无处不在，正是集合了人们对于信息化的迫切需求以及传感器设备的发展趋势，无线传感器网络应运而生。无线传感器网络由密集布设在监测区域内的大量节点组成，包括传感器节点、汇聚节点，这些节点能够相互协作完成指定任务。其中，传感器节点周期性地采集被测对象信息，并且将数据传送至汇聚节点，汇聚节点对所接收到的信息按照一定规则融合处理。无线传感器网络的一个重要运用是目标对象的状态估计，其目的是把带有诸多干扰的原始数据更准确地复现出来，实际应用中，常用的滤波器有：卡尔曼滤波器、鲁棒H₂滤波器，鲁棒H_∞滤波器以及鲁棒L₂-L_∞滤波器等。卡尔曼滤波器是一种发展成熟的经典滤波器，它可以实现信号的滤波和预测；其存在的缺陷是只能针对噪声为高斯白噪声的条件下进行滤波，因此，其使用范围受到了限制。对于其它种类的滤波器，针对时滞系统及网络控制系统的鲁棒滤波器已经有一些研究，如：Mehrdad Sahebsara，岳东等人设计了一些相应的滤波器。

前面的这些滤波器的设计中都假设信号传输(包括采集到的信号从传感器传送到控制器以及控制信号从控制器传送到执行器)为连续传输，而忽略了无线传感器网络中信道带宽有限的因素。一方面，由于无线传感器网络中传感器的测量信号往往需要通过网络进行传输，当没有外界扰动作用于系统，亦或是系统处于良好的运行状态时，周期性的采样信息势必会占用大量的信道带宽，造成网络资源的浪费，甚至会引起测量数据丢失、传感器饱和、传输延迟等一系列的网络问题。另一方面，考虑到传感器节点能量、数据处理、存储和网络通信资源相当有限等问题，如何在保证一定滤波效果的前提下，设计有效的滤波算法，最大化网络生命周期以及资源利用率是无线传感器网络亟待解决的问题之一。为了解决上述问题，事件触发机制应运而生。在事件触发机制中，事件是一个非常重要的概念，通过设计合适的触发条件，舍弃一些不那么重要的采样数据，在保证良好系统性能的前提下大量的减少数据传输次数，降低通信负载。因此，在无线传感器网络的滤波设计中研究事件触发机制是非常有意义的。

信号量化是数字控制系统中经常遇到的现象，目前在网络化控制系统中已经得到了广泛的关注。在网络控制系统中，控制输入和测量输出信号必须先经过量化之后才能被传输至下一个节点。量化问题在基于事件触发的网络控制系统中也有较深入的研究，目前有文献研究了输出反馈事件触发网络控制系统的L₂控制器设计问题，所提出的设计方案可用于同时处理具有传输时滞和信号量化的网络化控制系统。然而，量化问题在无线传感器网络中的研究相对较少。量化过程通过量化器将实际信号转换成一个在有限集中取值的分段信号。由于量化的存在，不可避免的会带来量化误差，量化误差的存在会对系统的性能造成一些影响，严重时甚至可能产生极限环和混沌现象，因此，在无线传感器网络设计中量化误差是必须考虑的。考虑到无线传感器网络中存在通信带宽和资源有限的限制，研究事件触发机制下的无线传感器网络的量化问题比对一般的无线传感器网络进行量化控制设计更有意义。从现有的文献来看，现有的滤波信息处理方法设计过程中，为了简化运算，还没有设计者将事件触发机制和量化因素同时考虑在内。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于对数量化的无线传感器网络滤波信息处理系统及方法。