一種基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量隨機(jī)分布的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，并且以自組織和多跳的方 式構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，用來探測、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的感知對象的監(jiān)測信息，并及時地 報(bào)告給用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本功能是感知、采集、處理和發(fā)布感知信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 一般由大量傳感器節(jié)點(diǎn)共同構(gòu)成，齊心協(xié)力來完成各種環(huán)境感知、信息采集和目標(biāo)識別任 務(wù)。為了更好的完成任務(wù)，傳感器節(jié)點(diǎn)需要從部署區(qū)域內(nèi)采集大量數(shù)據(jù)信息，并將所采集到 的數(shù)據(jù)信息傳送給用戶中心進(jìn)行處理。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的部署一般比較密集，相鄰節(jié)點(diǎn)所 采集到的數(shù)據(jù)信息往往具有較大的相關(guān)性，以至于傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在較多的冗余數(shù)據(jù)，從 而在傳輸數(shù)據(jù)的過程中增加通信能耗，降低了傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存周期。因此，無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)需要采用高效的數(shù)據(jù)聚合技術(shù)來降低甚至于消除網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)，提高網(wǎng)絡(luò)的通信效 率和能量效率，達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)壽命的目標(biāo)。
[0003] 數(shù)據(jù)聚合是一種有效地多源數(shù)據(jù)處理技術(shù)。數(shù)據(jù)聚合的基本思想是在傳感器網(wǎng)絡(luò) 收集數(shù)據(jù)的過程中，利用傳感器節(jié)點(diǎn)自身的計(jì)算和存儲能力，對所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定 程度的處理，消除冗余數(shù)據(jù)，盡量減少數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)量，同時將來自多個不同節(jié)點(diǎn) 的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取較單個節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集更為有效、準(zhǔn)確、更符合用戶需求的數(shù)據(jù)信息， 傳送給匯聚節(jié)點(diǎn)，達(dá)到準(zhǔn)確收集數(shù)據(jù)的目的，同時要注意盡量降低網(wǎng)絡(luò)能量消耗，從而延長 網(wǎng)絡(luò)的壽命。
[0004] 基于非均勾網(wǎng)格成簇的數(shù)據(jù)聚合算法（AnUnevenGridBasedData Aggregation，UGBDA)，首先在傳感器節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行格拉布斯預(yù)處理，刪除誤差較大的數(shù)據(jù)，然 后再利用自適應(yīng)數(shù)據(jù)聚合算法向簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚合，最后簇首節(jié)點(diǎn)再以多跳的方式向基站 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該數(shù)據(jù)聚合算法有效的減少了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸量，降低了傳感器節(jié)點(diǎn)的 能耗，從而延長了傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。
[0005] 目前大部分的數(shù)據(jù)聚合算法都可以較好的收集到有效數(shù)據(jù)，并且可以有效地延長 網(wǎng)絡(luò)生命周期。但是這些算法依然存在以下一些缺點(diǎn)：
[0006] 1)傳輸延遲：由于傳感器節(jié)點(diǎn)比較密集的分布在部署區(qū)域內(nèi)，數(shù)據(jù)傳輸量比較 大，數(shù)據(jù)傳輸至基站需要的時間就比較長。
[0007] 2)可靠性：數(shù)據(jù)聚合能夠有效地減少網(wǎng)絡(luò)中的冗余數(shù)據(jù)，但是某些節(jié)點(diǎn)一旦失 效，所丟失的數(shù)據(jù)將造成更多信息的損失，這樣就降低網(wǎng)絡(luò)的可靠性
[0008] 3)服務(wù)質(zhì)量：數(shù)據(jù)聚合可以有效減少節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)冗余，但同時也會對數(shù)據(jù)的質(zhì) 量產(chǎn)生影響。
[0009] 以上這些不足之處限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能，增加了網(wǎng)絡(luò)能耗，網(wǎng)絡(luò)生命周 期縮短和網(wǎng)絡(luò)延遲增大，嚴(yán)重影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合方法，旨在解決無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)性能存在的網(wǎng)絡(luò)能耗較大，網(wǎng)絡(luò)生命周期縮短和網(wǎng)絡(luò)延遲大，嚴(yán)重影響無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用性能的問題。
[0011] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合方法，該基于非均勻網(wǎng)格 的數(shù)據(jù)聚合方法首先在傳感器節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行格拉布斯預(yù)處理，刪除誤差較大的數(shù)據(jù)，然后再 利用自適應(yīng)數(shù)據(jù)聚合算法向簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚合，最后簇首節(jié)點(diǎn)再以多跳的方式向基站進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸，在非均勻成簇的基礎(chǔ)上引入格拉布斯預(yù)處理來減少誤差較大的數(shù)據(jù)的傳輸能 耗，加入自適應(yīng)數(shù)據(jù)聚合算法來降低簇首節(jié)點(diǎn)的能耗；
[0012] 具體包括：
[0013] 步驟一，在部署區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布一定數(shù)量的同構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)，將部署區(qū)域劃分 為面積大小不等的網(wǎng)格；
[0014] 步驟二，在每個網(wǎng)格內(nèi)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的剩余能量選取該網(wǎng)格內(nèi)的簇首節(jié)點(diǎn)，其余節(jié)點(diǎn) 根據(jù)就近原則選擇性的加入簇；
[0015] 步驟三，判斷簇內(nèi)的成員節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)是否符合格拉布斯準(zhǔn)則，若滿足，則認(rèn) 為該節(jié)點(diǎn)是有效的，即向該簇首節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，否則，不發(fā)送數(shù)據(jù)；
[0016] 步驟四，簇首節(jié)點(diǎn)根據(jù)自適應(yīng)聚合算法聚合來自有效的成員節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)和自身產(chǎn) 生的數(shù)據(jù)；
[0017] 步驟五，簇首節(jié)點(diǎn)以多跳的形式向節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)知道運(yùn)行完給定的輪數(shù)。
[0018] 進(jìn)一步，該基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合方法進(jìn)行聚合之前需要相關(guān)模型，包括網(wǎng) 絡(luò)模型和能量消耗模型。
[0019] 進(jìn)一步，網(wǎng)絡(luò)模型，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署在一個正方形區(qū)域內(nèi)，區(qū)域最左端最底部 的頂點(diǎn)坐標(biāo)為（0_x,o_y)，此外還需要：
[0020] sink節(jié)點(diǎn)和所有節(jié)點(diǎn)都是時間同步和固定的，sink節(jié)點(diǎn)位于（sink_x,sink_y)， 并且是在部署區(qū)域之外的；
[0021] 節(jié)點(diǎn)間的交流時雙向的并且每個節(jié)點(diǎn)根據(jù)到接收點(diǎn)的距離來調(diào)整它的傳輸功 率；
[0022] sink節(jié)點(diǎn)和部署區(qū)域內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都是位置感知的。
[0023] 進(jìn)一步，能量消耗模型，傳感器節(jié)點(diǎn)能耗分為發(fā)射數(shù)據(jù)能耗、接收數(shù)據(jù)能耗和聚合 數(shù)據(jù)能耗，節(jié)點(diǎn)到接收點(diǎn)的距離小于閾值屯，則采用自由空間模型，否則，采用多路徑衰減 模型，從而發(fā)射比特?cái)?shù)據(jù)到距離為的接收點(diǎn)的能量消耗如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合方法，其特征在于，該基于非均勻網(wǎng)格的數(shù)據(jù)聚合 方法首先在傳感器節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行格拉布斯預(yù)處理，刪除誤差較大的數(shù)據(jù)，然后再利用自適應(yīng) 數(shù)據(jù)聚合算法向簇首節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚合，最后簇首節(jié)點(diǎn)再以多跳的方式向基站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 在非均勻成簇的基礎(chǔ)上引入格拉布斯預(yù)處理來減少誤差較大的數(shù)據(jù)的傳輸能耗，加入自適 應(yīng)數(shù)據(jù)聚合算法來降低簇首節(jié)點(diǎn)的能耗； 具體包括： 步驟一，在部署區(qū)域內(nèi)隨機(jī)分布一定數(shù)量的同構(gòu)的傳感器節(jié)點(diǎn)，將部署區(qū)域劃分為面 積大小不等的網(wǎng)格；