CN103299705A

CN103299705A - 无线传感器网络信息群集

Info

Publication number: CN103299705A
Application number: CN2012800050601A
Authority: CN
Inventors: L·A·海伊; R·布里姆纳; W·J·依扎尔德; M·J·庞斯福德
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2032-01-12
Also published as: CN103299705B; EP2653006A4; US8514767B2; US20120176954A1; EP2653006A1; WO2012094759A1; JP2014507851A; US8792513B2; JP5775604B2; US20120176959A1

Abstract

本发明的实施例提供一种用于无线传感器网络(WSN)中的信息群集的方法、系统和计算机程序产品。在本发明的实施例中，用于WSN中的信息群集的方法可包括在WSN的串听节点中，接收由WSN中的发端节点处的传感器感测并从发端节点沿着不包括串听节点的中继路径传送给WSN中的聚集点的中继数据。所述方法还包括参照至少一个相关性规则来确定中继数据的相关性。最后，所述方法可包括响应于确定中继数据是相关的，把由串听节点处的传感器在串听节点获取的附加数据通过WSN转发给聚集点。

Description

无线传感器网络信息群集

技术领域

本发明涉及遥感领域，更具体地说，涉及无线传感器网络中的信息处理。

背景技术

遥感指的是通过利用无线的或者不与物体物理或密切接触的记录或实时感测设备来采集物体或现象的信息。实践中，遥感通过利用用于搜集关于给定物体或区域的信息的各种设备来提供数据的远距离收集。存在两种主要类型的遥感：被动遥感和主动遥感。在被动遥感中，被动传感器检测由目标物体或周围区域发出或者反射的自然辐射。比较起来，主动遥感利用发出能量以便扫描物体和区域的主动传感器，传感器随后据此检测和测量来自目标的反射或反向散射的辐射。

无线传感器网络(WSN)是遥感系统的物理实施例。WSN主要包括选择的空间分布的自主传感器，所述传感器协同地监视物理或环境条件，比如温度、声音、振动、压力、运动或污染物。除了一个或多个传感器以外，WSN中的每个节点一般还配备有无线电收发器或者其它无线通信设备、微控制器和电源(通常是电池)。值得注意的是，WSN通常构成无线ad-hoc网络，这意味着每个传感器支持多跳路由算法，其中节点起把数据分组中继给基站的转发器的作用。

就WSN中的每个节点能够充当向基站或者所收集数据的其它聚集点传送数据的其它节点的传输中继站来说，充当传输中继站的这些节点能够访问从采集节点路由到聚集点的数据的内容。此外，当数据经过中继路径时，在数据的中继路径之外但对于中继路径中的节点在传输近程之内的不同节点能够检测到所述数据。然而，目前在从起点到聚集点的中继路径内的最近节点中未对数据串听进行任何附加处理。然而，取决于遥感应用，在到聚集点的中继路径外的节点的数据串听可以为中继的数据提供附加上下文。在这方面，在许多情况下，节点的数据串听有助于增强中继的数据的意义。

发明内容

本发明的实施例解决现有技术在WSN中的数据收集方面的缺陷，并提供一种用于WSN中的信息群集的新颖并非显而易见的方法、系统和计算机程序产品。在本发明的实施例中，用于WSN中的信息群集的方法可包括在WSN的串听节点中接收由中继路径中的WSN的发端节点处的传感器感测的中继数据，所述中继路径不包括在到WSN中的聚集点的途中的串听节点。所述方法还可包括参照至少一个相关性规则来确定中继数据的相关性。最后，所述方法可包括响应于确定中继数据是相关性的，把由串听节点处的传感器在串听节点获取的附加数据通过WSN转发给聚集点。

在本发明的另一个实施例中，WSN数据处理系统节点可被配置用于信息群集。所述系统节点可包括主计算设备，所述主计算设备包括至少一个处理器和存储器，并且与WSN中的不同节点和接收由WSN中的节点收集的数据的聚集点通信耦接。所述系统还可包括与传感器耦接以及在计算设备中运行并获取由传感器感测的数据的数据采集模块。系统还可包括同样在计算设备中运行并从不包括WSN数据处理系统节点的中继路径中的各个节点串听中继数据以便中继到聚集点的数据串听模块。最后，系统可包括群集模块，所述群集模块与数据采集模块和数据串听模块耦接，并且在计算设备中运行。

群集模块可包括被配置成参照至少一个相关性规则来确定由串听模块在中继路径中串听的中继数据的相关性，并且响应于确定中继数据是相关的，把数据采集模块获取的附加数据通过WSN转发给聚集点的程序代码。例如，如果中继数据的值越过阈值，如果WSN数据处理系统节点串听的中继数据的值的趋势越过阈值，如果WSN数据处理系统节点和发端节点之间的可定量关系越过阈值，或者如果在WSN数据处理系统节点获取的数据的值越过阈值，那么相关性规则能够指定中继数据是相关的，上面仅仅列举了几个例子。

本发明的其它各个方面将部分在下面的说明中描述，部分根据所述说明是显而易见的，或者可通过本发明的实践而获悉。利用在附加权利要求中特别指出的要素及组合，可实现和获得本发明的各个方面。显然上面的概述和下面的详细说明都仅仅是例证性的，而不是对要求保护的发明的限制。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图图解说明了本发明的实施例，并且连同以下的说明一起用于解释本发明的原理。这里举例说明的实施例是目前优选的实施例，然而应明白，本发明并不局限于所示的明确安排和手段，附图中：

图1是关于WSN中的信息群集的处理的示意图；

图2是配置用于信息群集的WSN数据处理系统的示意图；以及

图3是图解说明关于WSN中的信息群集的处理的流程图。

具体实施方式

本发明的实施例提供WSN中的信息群集。按照本发明的实施例，在到WSN中的聚集点的途中，在数据的中继路径之外的节点能够感测在到聚集点的中继路径中的数据。可以检查所述数据，并与一个或多个群集规则进行比较。之后，如果被群集规则中的一个或多个规则需要，那么该节点收集的附加数据可被转发给聚集点。这样，在中继到聚集点的过程中串听到的感测数据可用与检查的数据有关的附加数据增强。当跨WSN中的多个节点被混合时，对减少聚集点处的聚集数据的人来说，感测数据的关联的更清晰和更准确画面将是显然的。

在进一步的例示中，图1示意性示出了关于WSN中的信息群集的处理。如图1中所示，在WSN中可以安排不同的节点110A、110B、110C(为了简单起见，只示出了3个节点)来感测和收集数据，并把数据转发给聚集点160，以便进行数据简化。每个节点110A、110B、110C可以充当从节点110A、110B、110C中的其它节点接收的数据到聚集点160的中继站。当串听到沿着中继路径130从一个节点110A传送给另一个节点110B的中继数据120时，中继路径130之外的串听节点110C能够检查中继数据120的性质，并且能够在关联规则表140中定位中继数据120的性质，以确定中继数据120的相关性。就中继数据120被认为与串听沿着中继路径130中继到聚集点160的中继数据120的节点110C相关来说，附属于中继数据120的附加数据150可在串听中继数据120之前被保存在节点110C处，也可在串听中继数据120之后由节点110C收集。之后，附加数据150可从节点110C被转发给聚集点160。就串听数据并对串听的数据应用相关性规则的WSN中的多个不同节点提供附属数据来说，可向聚集点160提供与串听的数据有关的附属数据的群集。

结合图1说明的处理可在WSN内实现。在更进一步的例示中，图2示意性示出配置用于信息群集的WSN数据处理系统。所述系统可包括与WSN230中的主计算机210通信耦接的不同节点240A、240B，主计算机210提供数据聚集点，用于聚集从节点240A、240B中继的数据。每个节点240A、240B可包括主计算设备250，主计算设备250在节点240A、240B内提供计算机程序在其中运行的至少一个处理器和存储器。主计算设备250能够支持操作系统260的运行，操作系统260托管许多计算机程序模块的运行，所述计算机程序模块包括数据串听模块270、数据采集模块280和群集模块290。

在这点上，串听节点240A、240B之一的数据串听模块270可包括当在主计算设备250中运行时能够串听从节点240A、240B中的其它节点沿着不包括节点240A、240B中的串听节点的中继路径路由到设置在主计算机210中的数据聚集点并由在主计算机210中运行的伴随数据简化模块220简化的中继数据的程序代码。数据采集模块280可包括能够接收从传感器285转换的数据，并把接收的数据转发给设置在主计算机210中的数据聚集点以便由伴随数据简化模块220简化的程序代码。值得注意的是，在转发从传感器285转换的接收数据时，节点240A、240B中的其它节点的数据串听模块270能够通过WSN把串听的数据补充到数据聚集点。

值得注意的是，群集模块290可包括当在主计算设备250中运行时能够确定在通过WSN从节点240A、240B中的其它节点到聚集点的中继路径中传送时串听的中继数据的相关性的程序代码。更特别地，在数据串听模块270中串听的中继数据可经受一条或多个相关性规则295以确定中继数据的相关性程度。例如，相关性规则能够根据中继数据的值、特定类型的中继数据的值的趋势、节点240A、240B中的发端节点和节点240A、240B中的其中将作出相关性确定的串听节点之间的关系、或者与中继数据有关的其它感测数据的值，来确定相关性程度。

例如，与描述温度的中继数据的值有关的相关性规则能够对于超过阈值的温度，确定相关性。再例如，与描述温度的中继数据的值的趋势有关的相关性规则能够在源于节点240A、240B中的特定节点的一系列温度读数超过阈值率时，确定相关性。又例如，与节点240A、240B中的发端节点和节点240A、240B中的其中将作出相关性确定的串听节点之间的关系有关的相关性规则能够在节点240A、240B之间的距离在阈值内时，确定相关性。又例如，与涉及中继数据的其它感测数据的值有关的相关性规则能够包括当在节点240A、240B中的串听节点测量的风速超过阈值，同时在节点240A、240B中的发端节点测量的温度的中继数据为特定值时相关性的确定。

总之，可进一步使群集模块290的程序代码能够通过把数据采集模块280获取的附加数据通过WSN转发给聚集点以补充中继数据，来处理被确定相关的串听中继数据。例如，对于当被串听时超过阈值的由节点240A、240B中的发端节点中继给聚集点的温度数据，由节点240A、240B中的串听节点获取的温度数据可被转发给聚集点，以便提供WSN中的温度读数的更全面视图，以及提供关于节点240A、240B中的发端节点处的阈值温度读数的背景。

在群集模块290的操作的另一种例示中，图3是图解说明WSN中的信息群集的处理的流程图。始于方框310，在串听节点中，可在从WSN中的发端节点到WSN中的聚集点的中继路径中串听中继数据。在方框320，可对中继数据应用相关性规则。例如，相关性规则可以考虑中继数据的值超过或者低于或者等于特定值，相关性规则可以对于特定类型的数据，考虑中继数据的值的趋势，相关性规则可以对于特定类型的数据，考虑中继数据的值的变化率，相关性规则可以考虑串听节点和发端节点之间的关系，或者相关性规则可以考虑当在串听节点中获取数据时，该数据的的值超过、等于或低于规定值。

在判决框330，根据单个相关性规则或者多个相关性规则对串听的中继数据和已在串听节点获取的数据的应用，能够确定中继数据是否被确定为相关。如果否，那么作为一种选择，在方框340，可进一步确定串听节点是否在从发端节点到聚集点的中继数据的中继路径内。如果是，那么在方框350，中继数据可被转发给聚集点，然后可在方框360结束处理。然而，如果在判决框330中，中继数据已被确定为相关，那么在方框370，可在串听节点中获取附加数据，以补充到中继数据和先前获取的数据。之后在方框380，新获取的或者另外获取的数据可被转发给聚集点，同样作为一种选择，如果在判决框340中确定串听节点在中继路径内，那么在方框350，中继数据也可被转发给聚集点，然后在方框360结束处理。这样，能够提供WSN中的感测读数的更全面视图，以及关于在发端节点获取的读数的更好背景。

所属技术领域的技术人员知道，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因而，本发明的各个方面可以采取纯硬件实施例，纯软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者结合软件和硬件特征的实施例的形式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本发明的各个方面可以采取包含在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述一个或多个计算机可读介质中包含有计算机可读程序代码。

可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体系统、设备或器件，或者它们的任意适当组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举列表)）包括：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者它们的任意适当组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、设备或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读信号介质可包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读程序代码。这种传播信号可以采取各种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或它们的任意适当组合。计算机可读信号介质可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、设备或者器件使用或者与其结合使用的程序。

包含在计算机可读介质上的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、射频等等，或者它们的任意适当组合。可以用一种或多种程序设计语言的任意组合来编写实现本发明各个方面的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言和常规的过程式程序设计语言。程序代码可以完全在用户计算机上执行、部分在用户计算机上执行、作为独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一情况下，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

上面参照按照本发明实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图描述了本发明的各个方面。在这点上，附图中的流程图和方框图图解说明按照本发明的各个实施例的系统、方法和计算机程序产品的各种可能实现的体系结构、功能和操作。例如，流程图或方框图中的每个方框可代表包含实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、程序段或一部分代码。另外应注意，在一些备选实现中，在方框中表示的功能可不按照附图中所示的顺序发生。例如，接连表示的两个方框事实上可以基本同时地执行，或者各个方框有时可按照相反的顺序执行，取决于所涉及的功能。另外要注意，方框图和/或流程图中的每个方框，以及方框图和/或流程图中的各个方框的组合可用实现指定功能或动作的基于专用硬件的系统，或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

另外应理解流程图和/或方框图的每个方框，以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以用计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器，从而产生一种机器，以致这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行时，产生实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读介质中，这些指令能够指挥计算机、其它可编程数据处理设备、或者其他器件以特定方式工作，以致存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的指令的制成品。计算机程序指令也可被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它器件上，使得在所述计算机、其它可编程设备或其它器件上进行一系列的操作步骤，从而产生计算机实现的处理，以致在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供实现在流程图和/或框图的一个或多个方框中规定的功能/动作的处理。

最后，这里使用的术语只是用于说明特定的实施例，并不意图限制本发明。这里使用的单数形式意图还包括复数形式，除非上下文明确地另有所示。另外要明白当用在说明书中时，术语“包括”和/或“包含”指定记载的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的群体的存在或增加。

以下的权利要求中的所有装置或步骤加功能要素的对应结构、材料、动作和等同物意图包括与明确主张的其它要求保护的要素结合地实现功能的任何结构、材料或动作。本发明的说明只是出于举例说明的目的给出的，而不是穷尽的，也不意图把本发明局限于公开的形式。对本领域的普通技术人员来说，许多修改和变化是显而易见的，而不脱离本发明的范围和精神。选择和说明实施例是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，和使本领域的其他普通技术人员能够关于具有适合于预期的特定应用的各种修改的各个实施例，理解本发明。

上面参考实施例，详细说明了本申请的发明，显然各种修改和变化都是可能的，而不脱离在如下的附加权利要求中定义的本发明的范围。

Claims

1.一种用于无线传感器网络(WSN)中的信息群集的方法，包括：

在WSN中的串听节点中，接收由WSN中的发端节点处的传感器感测并从发端节点沿着不包括所述串听节点的中继路径传送给WSN中的聚集点的中继数据；

参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性；和

响应于确定所述中继数据是相关的，把由所述串听节点处的传感器在所述串听节点获取的附加数据通过WSN转发给所述聚集点。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性包括：参照如果所述中继数据的值越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性。

3.按照权利要求1所述的方法，其中，参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性包括：参照如果由所述串听节点串听的中继数据的值的趋势越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性。

4.按照权利要求1所述的方法，其中，参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性包括：参照如果所述串听节点和发端节点之间的可定量关系越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性。

5.按照权利要求1所述的方法，其中，参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性包括：参照如果在串听节点获取的数据的值越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性。

6.按照权利要求1所述的方法，其中，参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性包括：参照如果在所述串听节点获取的数据和串听的中继数据之间的可定量关系越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性。

7.一种配置用于信息群集的无线传感器网络(WSN)数据处理系统节点，所述系统包括：

主计算设备，包括至少一个处理器和存储器，并且与WSN中的多个节点和接收由WSN中的节点收集的数据的聚集点通信耦接；

与传感器耦接并在计算设备中运行的数据采集模块，所述数据采集模块获取由传感器感测的数据；

同样在计算设备中运行的数据串听模块，所述数据串听模块串听沿着从WSN中的节点中的发端节点到WSN中的所述聚集点的中继路径传送的中继数据，所述中继路径不包括所述WSN数据处理系统节点；和

与数据采集模块和数据串听模块耦接并且在计算设备中运行的群集模块，所述群集模块包括程序代码，所述程序代码被配置成参照至少一个相关性规则来确定由数据串听模块串听的中继数据的相关性，并且响应于确定所述中继数据是相关的，把由数据采集模块获取的附加数据通过WSN转发给所述聚集点。

8.按照权利要求6所述的系统节点，其中，如果所述中继数据的值越过阈值，则所述相关性规则指定所述中继数据是相关的。

9.按照权利要求6所述的系统节点，其中，如果由所述WSN数据处理系统节点串听的中继数据的值的趋势越过阈值，则所述相关性规则指定所述中继数据是相关的。

10.按照权利要求6所述的系统节点，其中，所述如果WSN数据处理系统节点和发端节点之间的可定量关系越过阈值，则所述相关性规则指定所述中继数据是相关的。

11.按照权利要求6所述的系统节点，其中，如果在所述WSN数据处理系统节点获取的数据的值越过阈值，则所述相关性规则指定所述中继数据是相关的。

12.一种用于无线传感器网络(WSN)中的信息群集的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括：

包含有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质，所述计算机可读程序代码包括：

用于在WSN中的串听节点中，接收由WSN中的发端节点处的传感器感测并且从发端节点沿着不包括所述串听节点的中继路径传送给WSN中的聚集点的中继数据的计算机可读程序代码；

用于参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码；和

用于响应于确定所述中继数据是相关的，把由串听节点处的传感器在串听节点获取的附加数据通过WSN转发给聚集点的计算机可读程序代码。

13.按照权利要求11所述的计算机程序产品，其中，用于参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码包括参照如果所述中继数据的值越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码。

14.按照权利要求11所述的计算机程序产品，其中，用于参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码包括参照如果由串听节点在传输中串听的中继数据的值的趋势越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码。

15.按照权利要求11所述的计算机程序产品，其中，用于参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码包括参照如果串听节点和发端节点之间的可定量关系越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码。

16.按照权利要求11所述的计算机程序产品，其中，用于参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码包括参照如果在串听节点获取的数据的值越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码。

17.按照权利要求11所述的计算机程序产品，其中，用于参照至少一个相关性规则来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码包括参照如果在串听节点获取的数据和串听的中继数据之间的可定量关系越过阈值，则指定所述中继数据是相关的的至少一个相关性规则，来确定所述中继数据的相关性的计算机可读程序代码。