CN103281233B - 一种泛在传感网系统架构及其实现方法 - Google Patents

一种泛在传感网系统架构及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泛在传感网系统架构及其实现方法,包括:接入层,位于泛在传感网系统架构的最底层,利用泛在的无线传感器网络感知物理环境、设备和人员,通过通信编程接口向汇聚层提供接入服务;汇聚层,位于接入层之上,将各无线传感器网络WSN有机地互联互通,对应用层形成透明的一体化核心网络平台,在接入层和应用层之间传输消息;应用层,利用接入层和汇聚层提供的计算与服务接口,开发泛在传感网UWSN应用系统;所述接入层与汇聚层之间、汇聚层与应用层之间均通过服务接口连接。本发明通过泛在的传感设备,使用户能够对各级别环境、态势正确理解,从而在恰当的时间,通过恰当的手段,与恰当的目标发生预期行为,以取得满意的效果。

Description

一种泛在传感网系统架构及其实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无线网络和移动计算领域,特别涉及一种泛在传感网系统架构及其实现方法。

背景技术

[0002]泛在传感网(ubiquitous wireless sensor network,UWSN)技术是在互联网、移动通信网、无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)和普适计算技术发展到一定历史阶段的产物,它与物联网、统一通信系统、数字物理融合系统技术相容,是从不同侧面对未来通信、网络与系统发展方向的诠释。

[0003] WSN (简称传感网)技术将信息的来源直接根植于物理世界,实现人与物理世界之间最直接、最原始的连接。普适计算则从由人主动获取信息演变为信息自动服务于人,实现人们随时随处享受不间断的、定制化的、集约化的信息服务。物联网在互联网的基础上将计算机与计算机的互联模式扩展到了物与物之间进行信息交换,有些应用需要利用传感网技术,有些应用则不需要利用传感网技术。

[0004] 互联网是以提高传输能力为目标,对承载的信息没有处理和融合能力。当传感网将海量信息从物理世界中采集出来的时候,互联网除了增加传输带宽外没有其它有效的承载方法。UWSN则能有效解决这一问题。在传输方面,UWSN将直接沿用现有骨干网络,并享受下一代互联网带来的更高效的传输服务,只是需要解决异构数据的融合和异构网络的融合。而在应对海量物理环境信息方面,UWSN则需要在传感网组织模式、通信方式和服务保障体系等方面对前端网络(传感网)进行协同并存,从而演化出一种能够有效支撑普适服务的新型网络架构。

[0005] 目前国内外对WSN和泛在网的概念、关系等基本达成共识,但针对UWSN的体系结构与核心技术还没有很好的提炼和创新,系统模型基本还是来源于对互联网的复制。因此,非常需要构建出通用的泛在传感网系统模型,才能在此基础上研究核心技术,解决关键问题,研制相应的设备和网络终端,同时制定面向UWSN体系的操作规程,使我国信息化建设取得重大进展。

[0006] 现有的无线网络系统模型中,典型架构沿用了 TCP/IP网络的五层结构,从下到上包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。该系统模型是为有线网络设计,比如在互联网Internet中得到了良好的应用,但是面向具有自组织特性的WSN并不适宜,针对UWSN时,更是冗余和不兼容。

[0007] 已有文献公开了一种2层的无线车载网络VENET和P2P网络结构。下层通过交互交通信息来建立VENET,在此基础上通过无线宽带基础设施建立P2P中继,解决多个车载网的无缝互联问题。由于车载网具有高移动性、高延迟性,并且计算、存储等能力比WSN高很多,因此自成体系,其网络架构并不能直接移植到UWSN应用。

[0008] 现有技术中存在一种多无线网络协同的网络架构,包括城域无线接入网、局域无线接入网、多网络控制器MNC以及无线核心网。该发明通过增加的MNC将一个服务区内的城域无线接入网及局域无线接入网与无线核心网进行交互,并管理终端的IP地址,属于对IP业务的支持改进,未考虑无线传感器网络的特点和应用。

[0009] 现有技术中存在一种接入系统和具有接入系统的网络架构,用于在多个用户和多个服务提供商两者之间建立连接,其中接入系统包括多个分割,每个分割适于分配给多个服务提供商之一,并且每个分割包括至少一个用户端口、至少一个上行链路,以及在至少一个用户端口和至少一个上行链路两者之间的转发装置。该发明只涉及了接入系统的网络架构,不能满足本发明面向的对象范围。

[0010] 现有技术中存在一种物联网体系结构,包括传感网、传输网和应用网,在此体系结构的基础上有网络融合、数据融合和服务融合组成的物联网技术架构,分别在三层物联网体系结构中得到体现。物联网只要求物与物之间进行信息交换和通信,并不一定需要针对物理现象进行信息采集,因此该发明没有在相应层次实现异构传感网共存与协同、异构数据去冗余与融合等功能。本发明面向UWSN,实现的架构功能不同。

[0011] 面向普适、通用的泛在传感网,一方面底层的WSN是局域的、异构的、泛在的和可移动的,要求它们能协同并存。另一方面要求解决感知泛在化、处理与服务透明化、网络传输融合化的问题,现有技术都无法采用。

发明内容

[0012] 本发明的目的就是为了解决上述问题,提供一种泛在传感网系统架构及其实现方法,它具有通过泛在的传感设备,使用户能够对各级别环境、态势正确理解,从而在恰当的时间,通过恰当的手段,与恰当的目标发生预期行为,以取得满意的效果优点。

[0013] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

[0014] —种泛在传感网系统架构,包括:

[0015] 接入层,位于泛在传感网系统架构的最底层,利用UWSN感知物理环境、设备和人员,通过通信编程接口向汇聚层提供接入服务;是核心网络平台相互联系的具体依托,是应用层发挥功能的信息来源;

[0016] 汇聚层,位于接入层之上,将感知的原始数据有机地融合、统一地表达,并对应用层形成透明的一体化骨干网络平台,在接入层和应用层之间传输消息;

[0017] 所述透明的一体化骨干网络平台是对汇聚层所建立的骨干网络的描述,一体化是指互联网、移动通信网(2G、3G、LTE)、WiFi网络和卫星通信网络等骨干网络的联通融合;而对于应用层来讲,不需要关心具体的网络技术,只要能利用汇聚层的功能即可,因此汇聚层的技术升级、软件更新不会给应用层带来干扰,对用户来说好像透明的一样。

[0018] 应用层,利用汇聚层提供的计算与服务接口,开发UWSN应用系统;是泛在的WSN和一体化骨干网络组织运行的物化表现,也是WSN发挥各自作用的重心所在;

[0019] 所述接入层与汇聚层之间、汇聚层与应用层之间均通过服务接口连接。

[0020] 所述接入层主要利用传感器感知与通信技术。

[0021] 所述汇聚层主要利用网络与数据处理技术。

[0022] 所述应用层主要利用计算和信息管理技术。

[0023] 所述接入层由环境感知传感网模块、人员感知传感网模块、移动传感网模块、接入网络认知模块和传感网共存与协同模块组成。

[0024] 所述环境感知传感网泛指对物理环境参数进行感知的各WSN,它们负责对包括温度、湿度、地形地貌、声光磁电、所处场景等方面的数据采集。

[0025] 所述人员感知传感网泛指对个体和人群参数进行感知的各WSN,它们负责对比如检测对象(如用户、士兵等)体征状态、不同职能人员的分布或不同兵种的战斗力情况进行实时数据采集。

[0026] 所述移动传感网主要利用移动设备对具有移动性的人员、物体的参数进行感知。

[0027] 所述接入网络认知模块实现不同传感网与上层交互时的通信信令与协议选择,其实质是一个多目标最优化问题。接入选择需要细致分析异构网络环境中网络选择的需求和特点,从多层协调(接入层、汇聚层、应用层)的思想出发研究相应的数据信息模型,可以考虑如何在有限资源的限制条件下找到一个平衡方案。

[0028] 所述传感网共存与协同模块主要是因为UWSN中的传感网采用不同的标准协议,每种制式的WSN也可能面对不同的服务质量需求,因此需要多个WSN之间共存,减少互扰,实现移动漫游。目前的网络共存研究基本集中在物理层和链路层,这对于基于自组织组网和海量感知网络接入的UWSN是不够的。进一步地,应从对物理层和链路层的感知提升到无线网络环境信息的全面感知,如目标环境中频谱占用情况、无线信道特征,WSN的存在数量、通信模式,网络拓扑、流量模式等,将更有助于UWSN内各异构WSN之间调节工作模式和运行方式,优化网络的传输性能和提高服务质量,称为“异构WSN认知协作模式”。最后,传感网协同是指异构WSN中的切换,分为水平切换(horizontal handoff )和垂直切换(verticalhandoff)。以前的切换技术(如2G、3G)多针对水平切换,而在UWSN中垂直切换对大范围移动更具有意义。

[0029] 所述汇聚层由传感数据融合模块、异构网络融合模块和移动大规模路由模块组成。

[0030] 所述传感数据融合模块是针对多种传感器(如加速度传感器、陀螺仪、数字方向盘、GPS、气压传感器、光敏传感器、近场传感器、温度传感器、蓝牙、GPRS、3G和WiFi等)具有多维度、多类数据采集能力,称为“异构数据”。需要针对异构数据协调优化和语义识别,获得各种信息的内在联系和规律。

[0031] 所述异构网络融合模块是采用通用的、开放的技术实现不同网络或网元的互联、互通和集成,主要涉及骨干网络基于IPv6的融合。骨干网络主要包括互联网、移动通信网(2G、3G、LTE)、众多WiFi网络和卫星通信网络,目前它们在业务上相对独立,在通信协议上各成体系,没有能够高效地融合在一起,这样一方面几种核心网络之间没有起到相互补充的作用,另一方面使得网络运行和维护复杂度较高、成本较大。异构网络融合的目标是为UWSN形成一体化核心骨干网。

[0032] 所述移动大规模路由模块需要针对泛在传感网跨地域、跨网络、高移动性特点实现路由设计,满足大量以至海量节点单播或组播路由。

[0033] 所述应用层由情景感知与主动服务模块、远程安全报警模块、环境态势感知与生成模块、动物种群跟踪监测模块、实时票务服务模块、物流平台、信息收集模块、空间计算服务模块、局部军事决策与联动模块组成,是用户根据需要开发出的各种具体的应用程序和服务。应用层模块具有拓展性,不限于上述模块,用户可以根据实际需求和业务发展逐渐扩展。大多数应用层的模块都使用了汇聚层的一个或多个抽象接口。

[0034] 所述情景感知与主动服务模块用于感知用户所处的环境与状态,并针对个体需求主动提供用户所期望的个性化网络服务。

[0035] 所述远程安全报警模块用于在远程监测基础上对异常事件和场景进行及时报警。

[0036] 所述环境态势感知与生成模块是利用原始传感数据,对感兴趣区域的物理环境生成状态分析与预判。

[0037] 所述动物种群跟踪监测模块利用移动传感网对动物进行跟踪和科学研究,进一步实现对它们的保护。

[0038] 所述实时票务服务模块在监测票务销售的过程中,实时提供票务调度和发售信息。

[0039] 所述物流平台在多个传感接口的监测下,用于跟踪物流状态信息,或调配物资。

[0040] 所述信息收集模块根据远程传感器的活动状态和监测对象,收集需要的指标参数。

[0041] 所述空间计算服务模块用于在感知数据的基础上进行异地数据汇聚、分析与处理。

[0042] 所述局部军事决策与联动模块根据感知的战地实时状态,对局部态势进行决策,并形成海陆空一体化联动力量。

[0043] —种泛在传感网系统架构的实现方法,包括如下步骤:

[0044] 步骤(1):感知与通信技术完成基于WSN的感知与接入共存;

[0045] 步骤(2):网络与数据处理技术主要完成数据汇聚和骨干网络的融合与路由功會κ ;

[0046] 步骤(3):计算与信息管理技术主要实现上层应用与服务。

[0047] 所述步骤(2)的具体步骤如下:

[0048] 步骤(2-1):通过各WSN与骨干网络的接口采集异构传感数据;

[0049] 步骤(2-2):进行原始数据去冗余,语义解析、表达:对多个信息源的数据进行自动检测、关联、相关、估计及组合的处理;

[0050] 步骤(2-3):网际传输:网际传输涉及到异构网络融合和跨网络路由;异构网络融合就是采用通用的、开放的技术实现不同骨干网络的互联、互通和集成;

[0051 ] 步骤(2-4):数据汇聚;

[0052] 步骤(2-5):应用层接口:经过网际传输的数据完成了汇聚之后,被应用层接口调用。

[0053] 所述步骤(2-4)的具体步骤如下:

[0054] 步骤(2-4-1):开始,数据预处理,分段线性化,聚类处理;

[0055] 步骤(2-4-2):特征提取;多特征加权融合,数据归一化,实验测试,判断是否符合标准;如果是就结束,如果否就重复该步骤(2-4-2 )。

[0056] 本发明的有益效果:

[0057] (1)首次为UWSN提出了一种通用系统架构,为UWSN系统设计与实现提供了依据。

[0058] (2)针对UWSN提出了接入层的功能模块,能够覆盖所有感知类型,并解决多个异构WSN之间共存与垂直切换问题。

[0059] (3)针对UWSN提出了汇聚层的功能模块、实现方法和传感数据融合模块实现方法,能够对UWSN采集的海量数据优化与处理,也能够实现移动大规模路由。

[0060] (4)将泛在传感网的关键技术与本发明的系统架构相对应,不依赖于具体算法和协议,体现了通用性,具有很好的可扩展性。

附图说明

[0061] 图1是本发明的层次结构示意图;

[0062] 图2是本发明一种技术实施的原理示意图;

[0063]图3是本发明一种实施方法的模块示意图;

[0064]图4是本发明接入层的功能模块示意图;

[0065]图5是本发明汇聚层的功能模块示意图;

[0066] 图6是本发明汇聚层的一种操作流程示意图;

[0067]图7是本发明汇聚层的传感数据融合模块一种操作流程示意图;

[0068]图8是本发明汇聚层的传感数据融合模块中异构传感数据采集一种操作流程示意图。

具体实施方式

[0069] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

[0070] 如图1所示,一种泛在传感网系统架构,包括:

[0071] 接入层,位于泛在传感网系统架构的最底层,利用UWSN感知物理环境、设备和人员,通过通信编程接口向汇聚层提供接入服务;是核心网络平台相互联系的具体依托,是应用层发挥功能的信息来源;

[0072] 汇聚层,位于接入层之上,将感知的原始数据有机地融合、统一地表达,并对应用层形成透明的一体化骨干网络平台,在接入层和应用层之间传输消息;

[0073] 应用层,利用汇聚层提供的计算与服务接口,开发UWSN应用系统;是泛在的WSN和一体化骨干网组织运行的物化表现,也是WSN发挥各自作用的重心所在;

[0074] 图2示意了用具体的专业技术如何实现一个泛在传感器网,主要包括感知与通信技术、网络与数据处理技术和计算与信息管理技术三大体系。感知与通信技术完成底层感知与接入,网络与数据处理技术主要完成数据汇聚和骨干网络的融合与路由功能,计算与信息管理技术主要实现上层应用与服务。

[0075] 具体来讲,每一层的功能可以用图3的多种模块来实现。

[0076] 所述接入层与汇聚层之间、汇聚层与应用层之间均通过服务接口连接。

[0077] 所述接入层主要利用传感器感知与通信技术。

[0078] 所述汇聚层主要利用网络与数据处理技术。

[0079] 所述应用层主要利用计算和信息管理技术。

[0080] 所述应用层由情景感知与主动服务模块、远程安全报警模块、环境态势感知与生成模块、动物种群跟踪监测模块、实时票务服务模块、物流平台、信息收集模块、空间计算服务模块、局部军事决策与联动模块组成,是用户根据需要开发出的各种具体的应用程序和服务,具有拓展性。大多数应用层的模块都使用了汇聚层的一个或多个抽象接口。

[0081] 所述情景感知与主动服务模块用于感知用户所处的环境与状态,并针对个体需求主动提供用户所期望的个性化网络服务。

[0082] 所述远程安全报警模块用于在远程监测基础上对异常事件和场景进行及时报警。

[0083] 所述环境态势感知与生成模块是利用原始传感数据,对感兴趣区域的物理环境生成状态分析与预判。

[0084] 所述动物种群跟踪监测模块利用移动传感网对动物进行跟踪和科学研究,进一步实现对它们的保护。

[0085] 所述实时票务服务模块在监测票务销售的过程中,实时提供票务调度和发售信息。

[0086] 所述物流平台在多个传感接口的监测下,用于跟踪物流状态信息,或调配物资。

[0087] 所述信息收集模块根据远程传感器的活动状态和监测对象,收集需要的指标参数。

[0088] 所述空间计算服务模块用于在感知数据的基础上进行异地数据汇聚、分析与处理。

[0089] 所述局部军事决策与联动模块根据感知的战地实时状态,对局部态势进行决策,并形成海陆空一体化联动力量。

[0090] 如图4所示,所述接入层由环境感知传感网模块、人员感知传感网模块、移动传感网模块、接入网络认知模块和传感网共存与协同模块组成。

[0091] 所述环境感知传感网泛指对物理环境参数进行感知的各WSN,它们负责对包括温度、湿度、地形地貌、声光磁电、所处场景等方面的数据采集。

[0092] 所述人员感知传感网泛指对个体和人群参数进行感知的各WSN,它们负责对比如检测对象(如用户、士兵等)体征状态、不同职能人员的分布或不同兵种的战斗力情况进行实时数据采集。

[0093] 所述移动传感网主要利用移动设备对具有移动性的人员、物体的参数进行感知。

[0094] 所述接入网络认知模块实现不同传感网与上层交互时的通信信令与协议选择,其实质是一个多目标最优化问题。接入选择需要细致分析异构网络环境中网络选择的需求和特点,从多层协调(接入层、汇聚层、应用层)的思想出发研究相应的数据信息模型,可以考虑如何在有限资源的限制条件下找到一个平衡方案。

[0095] 所述传感网共存与协同模块主要是因为UWSN中的传感网采用不同的标准协议,每种制式的WSN也可能面对不同的服务质量需求,因此需要多个WSN之间共存,减少互扰,实现移动漫游。目前的网络共存研究基本集中在物理层和链路层,这对于基于自组织组网和海量感知网络接入的UWSN是不够的。进一步地,应从对物理层和链路层的感知提升到无线网络环境信息的全面感知,如目标环境中频谱占用情况、无线信道特征,WSN的存在数量、通信模式,网络拓扑、流量模式等,将更有助于UWSN内各异构WSN之间调节工作模式和运行方式,优化网络的传输性能和提高服务质量,称为“异构WSN认知协作模式”。最后,传感网协同是指异构WSN中的切换,分为水平切换(horizontal handoff )和垂直切换(verticalhandoff)。以前的切换技术(如2G、3G)多针对水平切换,而在UWSN中垂直切换对大范围移动更具有意义。

[0096] 如图5所示,所述汇聚层由传感数据融合模块、异构网络融合模块和移动大规模路由模块组成。

[0097] 所述传感数据融合模块是针对多种传感器(如加速度传感器、陀螺仪、数字方向盘、GPS、气压传感器、光敏传感器、近场传感器、温度传感器、蓝牙、GPRS、3G和WiFi等)具有多维度、多类数据采集能力,称为“异构数据”。需要针对异构数据协调优化和语义识别,获得各种信息的内在联系和规律。

[0098] 所述异构网络融合模块是采用通用的、开放的技术实现不同网络或网元的互联、互通和集成,主要涉及骨干网络基于IPv6的融合。骨干网络主要包括互联网、移动通信网(2G、3G、LTE)、众多WiFi网络和卫星通信网络,目前它们在业务上相对独立,在通信协议上各成体系,没有能够高效地融合在一起,这样一方面几种核心网络之间没有起到相互补充的作用,另一方面使得网络运行和维护复杂度较高、成本较大。异构网络融合的目标是为UWSN形成一体化核心骨干网。

[0099] 所述移动大规模路由模块需要针对泛在传感网跨地域、跨网络、高移动性特点实现路由设计,满足大量以至海量节点单播或组播路由。

[0100] 如图6所示,一种泛在传感网系统架构的实现方法,包括如下步骤:

[0101] 步骤(1):感知与通信技术完成基于WSN的感知与接入共存;

[0102] 步骤(2):网络与数据处理技术主要完成数据汇聚和骨干网络的融合与路由功會κ ;

[0103] 步骤(3):计算与信息管理技术主要实现上层应用与服务。

[0104] 所述步骤(2)的具体步骤如下:

[0105] 步骤(2-1):通过各WSN与骨干网络的接口采集异构传感数据;

[0106] 步骤(2-2):进行原始数据去冗余,语义解析、表达:对多个信息源的数据进行自动检测、关联、相关、估计及组合的处理;

[0107] 步骤(2-3):网际传输:网际传输涉及到异构网络融合和跨网络路由;异构网络融合就是采用通用的、开放的技术实现不同骨干网络的互联、互通和集成;

[0108] 步骤(2-4):数据汇聚;

[0109] 步骤(2-5):应用层接口:经过网际传输的数据完成了汇聚之后,被应用层接口调用。

[0110] 如图7所示,所述步骤(2-4)的具体步骤如下:

[0111] 步骤(2-4-1):开始,数据预处理,分段线性化,聚类处理;

[0112] 步骤(2-4-2):特征提取;多特征加权融合,数据归一化,实验测试,判断是否符合标准;如果是就结束,如果否就重复该步骤(2-4-2 )。

[0113] 汇聚层的传感数据融合模块可以采取信息熵与加权二值法相结合的思路进行解决,算法流程如图7所示。

[0114] 汇聚层的传感数据融合模块中异构传感数据采集是面向复杂情境感知的解决方案,比如判断登山运动,为了与其它运动相区别,可以采用如图8所示的多种传感器协作监测,每种传感器利用自身的监测数据和算法来对特征值进行估算。

[0115] 如图8所示,异构传感数据采集包括CCD摄像头传感器采集的数据,红外传感器采集的数据,超声传感器采集的数据,加速度传感器采集的数据,霍尔传感器采集的数据。

[0116] 特征提取部分分别对采集的数据进行特征提取:

[0117] 对CCD摄像头传感器采集的数据提取三个特征值,分别是道路边界、有无障碍物和障碍物的大小,并将特征提取的数据传输给路径规划模块,路径规划模块将数据传输给运动特征提取模块;

[0118] 对红外传感器采集的数据提取一个特征值,是有无障碍物,并将特征提取的数据传输给路径规划模块,路径规划模块将数据传输给运动特征提取模块;

[0119] 对超声传感器采集的数据提取一个特征值,是障碍物距离,并将特征提取的数据传输给路径规划模块,路径规划模块将数据传输给运动特征提取模块;

[0120] 对加速度传感器采集的数据提取一个特征值,是加速度,对加速度进行积分得到速度,再积分得到位移,将速度传输给运动速度模块,将位移传输给运动距离模块,运动速度模块将数据传输给运动特征提取模块,运动距离模块将数据传输给运动特征提取模块;

[0121] 对霍尔传感器采集的数据提取一个特征值,是位移,对位移进行微分得到速度,将位移传输给运动距离模块,将速度传输给运动速度模块,运动速度模块将数据传输给运动特征提取模块,运动距离模块将数据传输给运动特征提取模块;

[0122] 所述运动特征提取模块用于判断用户正在进行的运动是登山运动,而不是其它类型的运动。

[0123] 上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种泛在传感网系统架构,其特征是,包括: 接入层,位于泛在传感网系统架构的最底层,利用UWSN感知物理环境、设备和人员,通过通信编程接口向汇聚层提供接入服务;是核心网络平台相互联系的具体依托,是应用层发挥功能的信息来源; 汇聚层,位于接入层之上,将感知的原始数据有机地融合、统一地表达,并对应用层形成透明的一体化骨干网络平台,在接入层和应用层之间传输消息; 应用层,利用汇聚层提供的计算与服务接口,开发UWSN应用系统;是泛在的WSN和一体化骨干网络组织运行的物化表现,也是WSN发挥各自作用的重心所在; 所述接入层与汇聚层之间、汇聚层与应用层之间均通过服务接口连接。
2.如权利要求1所述的一种泛在传感网系统架构,其特征是, 所述接入层由环境感知传感网模块、人员感知传感网模块、移动传感网模块、接入网络认知模块和传感网共存与协同模块组成; 所述环境感知传感网泛指对物理环境参数进行感知的各WSN,它们负责对包括温度、湿度、地形地貌、声光磁电、所处场景方面的数据采集; 所述人员感知传感网泛指对个体和人群参数进行感知的各WSN,它们负责对检测对象体征状态、不同职能人员的分布或不同兵种的战斗力情况进行实时数据采集; 所述移动传感网主要利用移动设备对具有移动性的人员、物体的参数进行感知;所述接入网络认知模块实现不同传感网与上层交互时的通信信令与协议选择,其实质是一个多目标最优化问题;接入选择需要细致分析异构网络环境中网络选择的需求和特点,从接入层、汇聚层、应用层多层协调的思想出发研究相应的数据信息模型,考虑如何在有限资源的限制条件下找到一个平衡方案; 所述传感网共存与协同模块主要是多个WSN之间共存,减少互扰,实现移动漫游;从对物理层和链路层的感知提升到无线网络环境信息的全面感知,传感网协同是指异构WSN中的切换,分为水平切换和垂直切换。
3.如权利要求1所述的一种泛在传感网系统架构,其特征是, 所述汇聚层由传感数据融合模块、异构网络融合模块和移动大规模路由模块组成;所述传感数据融合模块是针对多种传感器具有多维度、多类数据采集能力,称为“异构数据”;需要针对异构数据协调优化和语义识别,获得各种信息的内在联系和规律; 所述异构网络融合模块是采用通用的、开放的技术实现不同网络或网元的互联、互通和集成,主要涉及骨干网络基于IPv6的融合;骨干网络主要包括互联网、移动通信网、众多WiFi网络和卫星通彳目网络; 所述移动大规模路由模块需要针对泛在传感网跨地域、跨网络、高移动性特点实现路由设计,满足大量以至海量节点单播或组播路由。
4.如权利要求1所述的一种泛在传感网系统架构,其特征是, 所述应用层由情景感知与主动服务模块、远程安全报警模块、环境态势感知与生成模块、动物种群跟踪监测模块、实时票务服务模块、物流平台、信息收集模块、空间计算服务模块、局部军事决策与联动模块组成,是用户根据需要开发出的各种具体的应用程序和服务,具有拓展性;大多数应用层的模块都使用了汇聚层的一个或多个抽象接口 ; 所述情景感知与主动服务模块用于感知用户所处的环境与状态,并针对个体需求主动提供用户所期望的个性化网络服务; 所述远程安全报警模块用于在远程监测基础上对异常事件和场景进行及时报警; 所述环境态势感知与生成模块是利用原始传感数据,对感兴趣区域的物理环境生成状态分析与预判; 所述动物种群跟踪监测模块利用移动传感网对动物进行跟踪和科学研究,进一步实现对它们的保护; 所述实时票务服务模块在监测票务销售的过程中,实时提供票务调度和发售信息; 所述物流平台在多个传感接口的监测下,用于跟踪物流状态信息,或调配物资; 所述信息收集模块根据远程传感器的活动状态和监测对象,收集需要的指标参数;所述空间计算服务模块用于在感知数据的基础上进行异地数据汇聚、分析与处理;所述局部军事决策与联动模块根据感知的战地实时状态,对局部态势进行决策,并形成海陆空一体化联动力量。
5.如上述任一权利要求所述的一种泛在传感网系统架构的实现方法,其特征是,包括如下步骤: 步骤(1):感知与通信技术完成基于WSN的感知与接入共存; 步骤(2):网络与数据处理技术主要完成数据汇聚和骨干网络的融合与路由功能; 步骤(3):计算与信息管理技术主要实现上层应用与服务。
6.如权利要求5所述的一种泛在传感网系统架构的实现方法,其特征是,所述步骤(2)的具体步骤如下: 步骤(2-1):通过各WSN与骨干网络的接口采集异构传感数据; 步骤(2-2):进行原始数据去冗余,语义解析、表达:对多个信息源的数据进行自动检测、关联、相关、估计及组合的处理; 步骤(2-3):网际传输:网际传输涉及到异构网络融合和跨网络路由;异构网络融合就是采用通用的、开放的技术实现不同骨干网络的互联、互通和集成; 步骤(2-4):数据汇聚; 步骤(2-5):应用层接口:经过网际传输的数据完成了汇聚之后,被应用层接口调用。
7.如权利要求6所述的一种泛在传感网系统架构的实现方法,其特征是,所述步骤(2-4)的具体步骤如下: 步骤(2-4-1):开始,数据预处理,分段线性化,聚类处理; 步骤(2-4-2):特征提取;多特征加权融合,数据归一化,实验测试,判断是否符合标准;如果是就结束,如果否就重复该步骤(2-4-2)。
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