本发明专利技术公开了一种基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，发明专利技术方法分为二个组成部分。1：对于每一类感知数据，在整个无线传感器网络中形成多个数据覆盖集合，同一数据覆盖集合内数据之间的差值小于规定的阀值。这样，每一个数据覆盖集合就可用一个代表节点来代表整个集合的感知值。这是第一个层面的减少网络所传输的数据量；2：代表节点的数据在向基站路由的过程中，同一类数据的代表节点会依据本发明专利技术提出的路由算法尽可能多的汇合到一条路径上，从而使同一类数据进行再次数据融合，从而再次减少需要传输到基站的数据量。因而本发明专利技术方法能够显著的提高网络寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线网络异构数据收集领域，特别涉及一种能提高网络寿命的传感数据收集方法。
技术介绍
无线传感器网络是由大量的彼此之间通过多跳无线链路和通信的传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，可以广泛的运用到工业监测，农业，民用，环境监测，战场，海洋，火灾等各种特殊环境与应用中，被认为是未来的重要物联网络的关键基础技术之一。无线传感器网络研究中存在的一个至关重要的问题是如何即能够将网络感知的数据传送到基又能够提高网络的寿命。网络的寿命是无线传感器网络研究的首要问题。因而，提出的研究也格外多，下面仅介绍与本专利技术相关的有关研究。其
技术介绍
论述如下：减少节点的能量消耗，从而就能够提高网络寿命。因而节省节点能量的研究成为无线传感器网络中的一个重要的研究内容。节省能量的一个重要方法是减少参与感知的节点数量，从节点中只选择一部分节点来参与事件或者目标的监测.这样会达到如下2个目标：(1)从事件或者目标区域只选择一部分节点进行感知，从而减少了参与感知的节点数量，这样这些不参与感知的节点就可以进入睡眠状态，从而节省能量.(2)相应的减少对事件或者目标感知信息量小的节点的感知，而选择对事件或目标监测信息质量高的节点能够在不减少对事件和目标监测质量的前提下减少发往基站的数据量，从而提高网络寿命。在已经提出的方法中，每个节点将感知的数据都独立的发往基站，因而即使选择较少的节点来监测事件与环境的情况下仍然会有较大的能量消耗.因而文献[Hung C C，Peng W C，Lee W C.Energy-aware set-covering approaches for approximate datacollection in wireless sensor networks.IEEE Transactions on Knowledge andData Engineering，2012；24(11)：1993-2007.]提出了一种代表节点的方法，这种方法是通过在数据覆盖集合中选取一个称为代表节的值来代近似替整个集合所有节点的感知值的方法.因而，并不需将每个节点感知值都发往基站，因而代表节点方法可以更进一步减少发送到基站的数据量，从而可节省能量，但这要求应用系统能够容忍一定数据误差范围.另一类重要的节省能量的方法是数据融合.无线传感器网络部署的节点由于感知的信息之间存在相关性，例如：当某事件发生后，同时有多个节点感知到事件，因而完全没有必要将每个感知事件信息的节点数据发送给基站，而是在发往基站前将这些节点感知的数据进行数据融合，只将能够准确表达事件信息的数据提取出来，也就是数据融合后再发往基站.这样，即可以减少节点需要发送的数据量，又不减少系统所获取的信息.但是，现有的研究存在的问题是：(1)代表节点方法中，仅有的研究只能处理单一感知值的网络，而不能处理多个感知值的网络。(2)现在提出的代表节点选择方法都非常复杂，需要消耗的能量非常多；(3)每一个代表节点都是独立的发往基站，从而能量消耗比较大。未能用到数据融合技术。导致目前的技术还存在较大的改进之处。因此，有必要设计一种异构传感数据收集方法以提高网络寿命。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，该基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法能减少传输的数据量，提高网络寿命。专利技术的技术解决方案如下：一种基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，在无线传感器网络中，每一个节点能传感多类感知值，比如温度、湿度、气压等不同类型的感知值，多类感知数据称为异构数据；通过如下二个方法以提高网络寿命，即将感知数据的信息在满足应用需求的前提下，尽可能使得网络寿命最大化：方法1：针对每一类感知数据，在整个无线传感器网络中形成多个数据覆盖集合，数据覆盖集合记为DCS，每一个数据覆盖集合内节点的此类感知数据值的差值小于应用设定的阀值，每一个数据覆盖集合中设有一个头节点作为代表节点；方法2：针对每一类感知数据，由代表节点发起向基站的路由以传输该类感知数据；同一类感知数据的路由在向基站路由的过程中，尽可能地汇集在一条路由路径上，经过数据融合后传输到基站。方法1中，集合头节点的形成过程如下：每个节点在0～1之间随机选择一个数，对于节点A如果选择的数小于阈值P(A)，则该节点就充当集合头节点；其中P(A)的计算如下：式中，mod为取余函数；p是节点当选为集合头节点的初始概率，依据应用的需求而事先设定；γ是目前循环进行的轮数；G是最近轮未当选为集合头节点的节点集合；Eavg和EA分别表示节点A以及其邻居节点的平均能量和节点A的当前能量。方法1中，数据覆盖集合中的集合成员节点的形成过程如下：(1)初始化时，每个节点设置自己到达每一类DCS集合头节点的跳数为∞，即无穷大；(2)对应任一个集合头节点A，首先进行广播，广播消息为CMA，表示创建集合成员节点A的消息；节点A的广播消息CMA包含6项内容：(a)集合头节点的ID，记为CMA.h；(b)节点A自己的ID，设为CMA.ID；(c)节点到达集合头节点A的跳数(d)限制广播在一定跳数内的值Δ，记为CMA.Δ；(e)感知值的类型ψ是感知值的种类，表感知值的种类总数；(f)集合头节点A的感知值，记为CMA.υ；集合头节点A广播自己的第k类感知值的广播消息为：CMA.h＝A，CMA.ID＝A，表示广播的距离广播发起节点的最大跳数(其取值与应用相关，一般设为8)，CMA.ψ＝k，CMA.υ＝xA；xA是感知值的具体数值；任何接收到广播消息的节点，如节点B，设收到的广播包为CMA，依次进行如下操作：(I)首先读取CMA.ψ，比较自己保存的第CMA.ψ类数据到达CMA.h【集合头节点的ID】的跳数HA是否小于如果是，丢弃此广播消息，不做任何操作，继续等待新的消息；如果不是，则更新自己到达集合头节点CMA.h的跳数并设置到达第k类数据的集合头节点是CMA.h，到达集合头节点路由的下一跳是CMA.ID，继续下一步操作；(II)将自己的第CMA.ψ类数据感知值与集合头节点CMA.h的感知值CMA.υ的值进行比较，如果则B向集合头节点A发出参加集合头节点A的加入消息JM，并继续第(III)的操作；加入消息(JM)的过程比较简单.为现有技术；收到JM消息的节点以最小路由方法向集合头节点转发JM，因而最终JM到达集合头节点，集合头节点记录数据覆盖集合中每一个成员节点；d(.)为差值函数，表示的差值，εk表示第k类数据感知值的差值阈值，为预先设定的己知值；(III)如果CMA.Δ-1＝0，则所有操作结束；否则接收到消息的节点B更新广播包的内容后再向外广播进行下一个循环；更新后的广播包内容为：CMA.h＝A，CMA.ID＝B，CMA.Δ＝CMA.Δ-1，CMA.ψ＝k，CMA.υ＝xA。在第一轮未能成为集合头节点，也未能够成为数据覆盖集合(set member)的节点A′自动成为集合头节点。在方法2中，采用数据融合路由方法，将同类数据进行融合后，再由代表节点向汇聚节点发送数据；所述的数据融合路由方法，包括以下步骤：步骤S1：基站将自己到达基站的跳数为0，每个节点设置每类观察值到达基站的跳数为∞，因而共有个∞，然后本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，在无线传感器网络中，每一个节点能传感多类感知值，其特征在于，通过如下二个方法以提高网络寿命：方法1：针对每一类感知数据，在整个无线传感器网络中形成多个数据覆盖集合，数据覆盖集合记为DCS，每一个数据覆盖集合内节点的此类感知数据值的差值小于应用设定的阀值，每一个数据覆盖集合中设有一个头节点作为代表节点；方法2：针对每一类感知数据，由代表节点发起向基站的路由以传输该类感知数据；同一类感知数据的路由在向基站路由的过程中，尽可能地汇集在一条路由路径上，经过数据融合后传输到基站。
【技术特征摘要】
1.一种基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，在无线传感器网络中，每一个节点能传感多类感知值，其特征在于，通过如下二个方法以提高网络寿命：方法1：针对每一类感知数据，在整个无线传感器网络中形成多个数据覆盖集合，数据覆盖集合记为DCS，每一个数据覆盖集合内节点的此类感知数据值的差值小于应用设定的阀值，每一个数据覆盖集合中设有一个头节点作为代表节点；方法2：针对每一类感知数据，由代表节点发起向基站的路由以传输该类感知数据；同一类感知数据的路由在向基站路由的过程中，尽可能地汇集在一条路由路径上，经过数据融合后传输到基站。2.根据权利要求1所述的基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，其特征在于，方法1中，集合头节点的形成过程如下：每个节点在0～1之间随机选择一个数，对于节点A如果选择的数小于阈值P(A)，则该节点就充当集合头节点；其中P(A)的计算如下：式中，mod为取余函数；p是节点当选为集合头节点的初始概率，依据应用的需求而事先设定；γ是目前循环进行的轮数；G是最近轮未当选为集合头节点的节点集合；Eavg和EA分别表示节点A以及其邻居节点的平均能量和节点A的当前能量。3.根据权利要求1所述的基于多代表节点与多层融合的异构传感数据收集方法，其特征在于，方法1中，数据覆盖集合中的集合成员节点的形成过程如下：(1)初始化时，每个节点设置自己到达每一类DCS集合头节点的跳数为∞，即无穷大；(2)对应任一个集合头节点A，首先进行广播，广播消息为CMA，表示创建集合成员节点A的消息；节点A的广播消息CMA包含6项内容：(a)集合头节点的ID，记为CMA.h；(b)节点A自己的ID，设为CMA.ID；(c)节点到达集合头节点A的跳数(d)限制广播在一定跳数内的值Δ，记为CMA.Δ；(e)感知值的类型ψ是感知值的种类，表感知值的种类总数；(f)集合头节点A的感知值，记为CMA.υ；集合头节点A广播自己的第k类感知值的广播消息为：CMA.h＝A，CMA.ID＝A，表示广播的距离广播发起节点的最大跳数，CMA.ψ＝k，CMA.υ＝xA；xA是感知值的具体数值；任何接收到广播消息的节点，如节点B，设收到的广播包为CMA，依次进行如下操作：(I)首先读取CMA.ψ，比较自己保存的第CMA.ψ类数据到达CMA.h的跳数HA是否小于如果是，丢弃此广播消息，不做任何操作，继续等待新的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘语欣，刘安丰，淡州阳，廖志军，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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