无线传感器网络中的数据融合方法[文字可编辑].ppt

无线传感器网络中的数据融合方法 报告人： 许 亮 2008 年 10 月 21 日 2 一、研究背景 二、数据融合的研究现状 三、未来研究的重点和热点问题 报告内容： 3 研究背景 ? 随着低功耗无线通信的发展，微传感器、微处理器 等硬件的小型化，分布式信息处理技术的进步，普 适计算和 Ad Hoc 网络的大量研究，无线传感器网 络 (Wireless Sensor Networks , WSNs) 成为了一种 新兴技术，引起了人们的广泛关注。而在基础理论 和工程应用方面都有大量挑战性课题。 ? 无线传感器的应用前景十分广阔，能够广泛应用于 军事、环境监测、医疗健康、交通管理以及商业应 用等领域。 4 ? 国内的许多研究所、高校也从事相关研究工作 ? 国家自然科学基金委资助大量有关这方面的研究课 题（ 2003 －至今）， 2007 年资助的课题多达 32 项， 研究内容广泛 ? WSNs 的理论、通讯协议、组网技术、路由算法、空 间数据挖掘、节点定位、功率控制机制、网络测量、中 间件到应用研究，如列车运行安全、钨矿环境监测、重 型非公路用车监测、冶金工业监测等 研究背景 5 ? 数据融合（ Data Aggregation ）是 WSNs 的重要研 究领域 ? 数据融合的作用 ? 节省能量 ? 提高数据收集效率 ? 增强数据准确性 ? 获取综合性信息 数据融合的研究现状 6 数据融合的研究现状 数据融合方法 基于分布式数据库 的聚集操作方法 网络层的 数据融合 数据包合并 模型驱动 其他 基于查询 的路由 基于层次 的路由 基于事件 的路由 基于层次 的路由 TAG TiNA 数据漏斗 AIDA 神经 网络 卡尔曼 滤波 基于预测的 数据融合 概率 模型 数据融合的 安全机制 7 ? 数据融合 是将多份数据或信息进行处理，组合出 更有效、更符合用户需求的数据的过程。 ? 优点： 数据融合技术能够有效克服无线传感器网 络中能量约束，去处冗余信息，减少网络中的数 据传输量，从而节省 WSNs 节点能量，延长 WSNs 的生命期 。 ? 缺点： 增加网络的时延、降低网络的鲁棒性 数据融合的研究现状 8 ? 基于分布式数据库的聚集操作方法 分布式数据库被用于传感器 网络的应用层 ，完成数据收 集。用户使用描述性的语言向网络发送查询请求，查询请 求在网络中以分布式的方式进行处理。通过让每个节点都 理解数据请求，中间节点可以对收集到的数据和自己的数 据进行本地运算，并只传送查询或运算结果。处理查询请 求以及返回查询结果的过程实质上就是进行数据融合的过 程。在这类算法中 , 典型的方法包括 TAG 、 TiNA 等。 数据融合的研究现状 9 ? 网络层的数据融合 为了节省传输的能量，在网络层中开发与路由相结合 的数据融合技术。 1 、基于查询的路由 定向扩散（ Directed Diffusion ， DD ）路由中的数据融 合包括路径建立阶段的任务融合和数据发送阶段的数据融 合，这两种融合都是通过缓存机制得以实现。 DD 的数据融 合采用的是“抑制副本”的方法，即对转发过的数据进行 缓存，发现重复的数据将不予转发。 数据融合的研究现状 10 2 、基于层次的路由 LEACH 与 TEEN 都是基于层次的路由，它们使用分簇的方 法体现数据融合。每个簇首在收到本簇成员的数据后进行融合处 理，并将结果发给 Sink 节点。 LEACH 算法仅强调数据融合，但 并没有涉及具体的融合方法。 LEEN 是 LEACH 的一种改进，应用 于监测事件的反应网络。 TEEN 和 DD 一样通过缓存机制抑制不需 要转发的数据，但它利用阀值的设置，增加了灵活性。 数据融合的研究现状 11 3 、基于链的路由 PEGASIS 是对 LEACH 算法的融合方式进行改进。该算法 在收集数据前，将网络中的所有节点链接成为一条单链，然后随 即选择一个节点作为首领，它向链的两端发出收集数据的请求， 数据从单链的两端向首领流动。中间节点在传递数据前要执行数 据融合操作，最终由数据节点将结果传送给 Sink 节点。 优点： 在于每个