一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法技术

本发明专利技术提供了一种基于边缘计算的传感网络数据传输方法，通过传感网络中的一般节点采集数据，对数据进行整合，将整合后的数据发送至传感网络中具有最优传输性能的边缘节点进行处理，将处理后的数据发送至基站，完成数据传输。所述方法能够在一般节点中执行计算任务，无需传输大量的数据到基站，大幅减轻网络带宽的压力，还能有效安排各边缘节点的数据处理负载率，使得各节点能高效协同地处理数据，降低节点能耗，提高系统效率。提高系统效率。提高系统效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法


[0001]本专利技术涉及边缘计算
，特别涉及一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于5G技术、物联网等领域发展飞快，智能设备终端越来越多，在现实生活中的许多情况下，设备数据无法通过云端处理后再回传反馈，例如有着高速处理需要的工业机器人和自动驾驶汽车领域，当数据流急剧增大时，设备就会有产生处理延时的可能，非常危险。对于这些物联网设备来说，实时响应是必要条件，这就要求设备能够在现场对数据进行分析和评估，而不能依赖云端的处理中心。如果终端设备采集到的数据或视频全部回传到云端处理，处理中心将会不堪重负，传输成本和工作效率大打折扣，因此一种基于服务器放置在本地设备附近的网络技术边缘计算应运而生，边缘计算是指将负载设备部署在物或数据源头的一侧，就近提供最近端服务，在边缘进行工作处理的一种计算方式。边缘计算的特点是只需要少量带宽，可以大幅减轻负载中心的工作量，减少流量及改善传输系统性能。
[0003]随着边缘技术的不断发展，其被广泛应用于不同领域，如无人机、自动驾驶、人脸识别、智能手机等，但在实际的应用过程中，大型的分布式安监网络的服务管理平台仍然存在传输数据流量过大、节点负载不均衡、传输时间冗长等问题，为使运维效率、管控效率有显著提升，这些问题亟待解决。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0005]本专利技术提供了一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，通过无线传感网络中的一般节点采集数据，对数据进行整合，将整合后的数据发送至无线传感网络中具有最优传输性能的边缘节点进行处理，将处理后的数据发送至基站，完成数据传输。所述方法能够在一般节点中执行计算任务，无需传输大量的数据到基站，大幅减轻网络带宽的压力，还能有效安排各边缘节点的数据处理负载率，使得各节点能高效协同地处理数据，降低节点能耗，提高系统效率。
[0006]为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，所述方法包括以下步骤：S100，通过无线传感网络中的一般节点采集数据；S200，对所述数据进行数据整合得到对象域数据；S300，筛选出无线传感网络中具有最优传输性能的边缘节点，将所述对象域数据发送至所述边缘节点进行处理，得到收缩数据；S400，将所述收缩数据发送至无线传感网络中的基站；
其中，所述无线传感网络至少包括多个一般节点，多个边缘节点、一个路由器及基站。
[0007]进一步地，所述一般节点由一个或多个监控镜头、摄像头、动作捕捉仪及服务器通过路由器相互连接而组成，所述数据为图像数据或视频数据，所述边缘节点为分布式服务器，所述一般节点和所述边缘节点通过路由器连接，所述边缘节点和基站通过无线或有线连接，所述通过无线传感网络中的一般节点采集数据，具体方法为：在t时间内，通过一般节点采集多张连续帧图像，所述t设定为[1,3]秒。
[0008]进一步地，S200，对所述数据进行数据整合得到对象域数据，具体方法为：读取存储于一般节点中按照采集时间排列的各个连续帧图像，计算所述各个连续帧图像中两两相邻的连续帧图像之间的SSIM值，创建空白数组Ne依次存储所述SSIM值，判断Ne中每个元素的值，令Ne中所有SSIM值的平均值为Fra，当Ne中没有值小于Fra的元素时，记各个连续帧图像中的采集时间最晚的连续帧图像为第一图像；当Ne中的值小于Fra的元素数量为1时，标记该元素对应的两张相邻连续帧图像为折断图像，记所述两张折断图像中采集时间最早的图像为第一图像；当Ne中的值小于Fra的元素数量大于1时，计算所有小于Fra的元素对应的两张相邻图像的采集时间差，记采集时间差最大的两张相邻图像中采集时间最早的图像为第一图像，所述Fra为Ne中所有元素的均值，记第一图像为对象域数据（本步骤的有益效果为：由于数据在无线传感网络传输的过程中存在丢包现象，造成图像掉帧或关键帧缺失，本步骤的方法可以定位关键帧，通过连续帧图像的相似度度量，同时考虑到相邻图像采集时的网络延迟，在发生严重延迟现象的两张图像中有效筛选出关键信息）。
[0009]由于对象域数据所占的存储空间较大，导致节点能量大量消耗，容易造成节点过早死亡，为解决该问题，并加快无线传感网络的数据传输速率，本专利技术提供了一个更优先的数据整合方法如下：优选地，S201，通过阈值分割法或分水岭算法将第一图像分割为若干个图像子块，获取每个图像子块中所有像素的平均灰度值，记平均灰度值最大的图像子块为blo，记blo的图像矩阵的行大小为H，列大小为L，记变量TN=H*L，所述大小为blo的像素数量；S202，创建数组Pc和Fig，所述数组Pc为1行256列且元素全为零的数组，记Fig
i
为blo中第i个像素值，将数组Pc中第Fig
i
+1个元素的值更新为Fig
i
的值在blo中的出现频数，其中i=1,2,
⋯
,TN，所述Fig
i
为数组Fig中的第i个元素，将数组Pc中的元素逐个除以TN得到的各个比值构成数组Cha；S203，记blo中最大的像素值为Max，记Dm=0，j=1；S204，通过下式计算像素保留度D：（筛选出能够反映监控图像中的核心数据的像素），式中，Cha
k
为数组Cha中第k个元素；S205，若所述D大于Dm，则Dm的值更新为D的值，且令j的数值增加1；S206，若j小于Max，转到S204，否则转S207；S207，记Th为当前的j的值，若Fig
i
大于Th，则更新Fig
i
的值为像素转换值Fev，像素转换值Fev的计算方法为：
ꢀ
（通过像素转换增加图像亮度，凸显监控图像的关键信息），式中，P 为第一图像的图像矩阵的行大小，Q为第一图像的图像矩阵的列大小，I
k
为第一图像的第k个像素值，所述大小为第一图像的像素数量；S208，遍历i的取值范围，依次将图像子块blo中的像素值逐个更新为各个Fig
i
的值；S209，计算图像子块blo中的所有像素值的平均值记为bloa，记小于bloa的所有图像子块为对象域数据。（本步骤的有益效果为：由于一般节点采集到的原始数据所占的存储空间较大，本步骤通过图像分割将关键帧细分为多个图像子区域，利用图像的灰度特性及相邻像素点的相关性计算得到的对象域数据，相比于原始数据，所占的存储空间大幅降低，同时对象域数据可以保留原始数据的关键细节信息，从而解决了原始数据所占存储空间过大的问题，有效提高了图像发送到边缘节点过程的传输效率，同时能够减缓边缘节点的处理压力）。
[0010]由于监控图像中还会存在部分模糊的无用数据，导致无线传感网络消耗不必要的能量，为解决该问题，并进一步加速图像传输，去除图像子块中的冗余信息，本专利技术提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S100，通过无线传感网络中的一般节点采集数据；S200，对所述数据进行数据整合得到对象域数据；S300，筛选出无线传感网络中具有最优传输性能的边缘节点，将所述对象域数据发送至所述边缘节点进行处理，得到收缩数据；S400，将所述收缩数据发送至无线传感网络中的基站；其中，所述无线传感网络至少包括多个一般节点，多个边缘节点、一个路由器及基站。2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，其特征在于，所述一般节点由一个或多个监控镜头、摄像头、动作捕捉仪及服务器通过路由器相互连接而组成，所述数据为图像数据或视频数据，所述边缘节点为分布式服务器，所述一般节点和所述边缘节点通过路由器连接，所述边缘节点和基站通过无线或有线连接，所述通过无线传感网络中的一般节点采集数据，具体方法为：在t时间内，通过一般节点采集多张连续帧图像，所述t设定为[1,3]秒。3.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，其特征在于，S200，对所述数据进行数据整合得到对象域数据，具体方法为：读取存储于一般节点中按照采集时间排列的各个连续帧图像，计算所述各个连续帧图像中两两相邻的连续帧图像之间的SSIM值，创建空白数组Ne依次存储所述SSIM值，判断Ne中每个元素的值，令Ne中所有SSIM值的平均值为Fra，当Ne中没有值小于Fra的元素时，记各个连续帧图像中的采集时间最晚的连续帧图像为第一图像；当Ne中的值小于Fra的元素数量为1时，标记该元素对应的两张相邻连续帧图像为折断图像，记所述两张折断图像中采集时间最早的图像为第一图像；当Ne中的值小于Fra的元素数量大于1时，计算所有小于Fra的元素对应的两张相邻图像的采集时间差，记采集时间差最大的两张相邻图像中采集时间最早的图像为第一图像，记第一图像为对象域数据。4.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的无线传感网络数据传输方法，其特征在于，S300，所述筛选出无线传感网络中具有最优传输性能的边缘节点的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明晖，田剑，彭祖怡，谭玉珍，黎健，刘鉴，张小莉，
申请(专利权)人：湖南智警公共安全技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：