无线传感器网络数据汇聚传送关键技术研究及在半干旱设施农业中的应用

Starting from incompleteness and redundancy of sensed data in wireless sensor networks (WSNs), the spatial-temporal correlation algorithm is analyzed by considering uncertainty of sensed data. And data aggregation and transmission algorihtm frame based on data correlation for WSNs is concluded for effective utilization. An application-specific and flexibly configured middleware platform architecture and message subscribe mechanism are proposed based on aboved frame. A decision-level data aggregation and transmission alogrithm based on improved D-S evidence theory is presented by studying on characteristics of multi-sensor data. For periodic reporting applications, an energy-balancing, cross-layer data aggregation and transmission algorithm for WSNs is carried out. A simulation experiment platform which can simulate the data aggregation and satisfy requirement of application quality of service(Qos) based on NS2 is extended and realized in WSNs. By multi-stages and multi-level aggregation strategies, interactive adaptation problem such as information expression and energy-balancing of data exchange between nodes in WSNs is to be solved according to task needs in this project. The effective support for application service and basis for new data aggregation algorithm are also provided.

针对无线传感器网络感知数据的不确定性，从感知数据的不完全性、冗余性出发，通过对其时空相关性算法的分析，归纳和设计基于数据相关的汇聚传送框架和算法，实现感知数据的有效利用。在此框架的基础上，提出一种面向具体应用需求，可灵活配置的数据汇聚中间件平台架构及消息订阅机制。开展多传感器感知数据特性的研究，提出基于改进的D-S证据理论的决策级多传感器数据汇聚传送算法。面向无线传感器网络周期性数据汇报的典型应用，研究效能均衡的、轻型跨层的数据汇聚传送算法。研究及扩充基于NS2的，能对无线传感器网络数据汇聚进行模拟且满足应用服务质量需求的汇聚传送算法的仿真实验平台。本项目根据任务需要，通过多阶段、多层次的汇聚策略，解决节点间数据交互中信息表达和效能平衡等交互适配问题，为应用服务提供有效的支撑，为设计新的数据汇聚算法提供理论依据和指导。

项目以无线传感器网络在宁夏半干旱设施农业中的应用为背景，针对无线传感器网络存在的资源受限，感知数据的不确定性等问题，以数据汇聚与路由融合为线索，主要研究无线传感器网络数据汇聚传送关键技术。.在数据融合研究方面，提出了基于矩阵改进的D-S算法，设计了两级分层融合的多传感器数据融合预警模型，在特征层实现危险源的特征提取，在决策层利用基于D-S证据理论改进算法构造BPAs（）函数，实现预警决策输出。.在数据路由研究方面，通过对传统LEACH算法不足的分析，提出了一种基于位置和剩余能量的局部集中式分簇算法LEACH-LC，算法由簇头对簇成员的能量、位置进行评估，采用模拟退火算法确定局部较优的分簇；根据对簇头发送与接收信息能耗的分析，提出了基于K-Means++的无线传感器网络改进分簇算法，在簇头传输数据阶段，根据簇头与簇头、簇头与基站距离动态选择单跳与多跳的混合传输数据方式。.在云计算与无线传感器网络结合研究方面，对大规模传感器网络数据整合平台关键技术进行了研究，提出了基于等距线划分的无线传感器网络空洞发现算法与基于虚拟力的无线传感器网络空洞修复算法；为实现网络覆盖优化，提出了基于覆盖率与休眠率的无线传感器网络遗传优化改进算法；为实现大规模传感网数据整合，提出了基于MapReduce的无线传感器网络数据整合算法。在云资源调度方面，对云计算任务调度与虚拟机迁移策略进行了研究。.面向设施农业的多种应用需求，设计了基于发布/订阅机制的无线传感器网络中间件体系结构，各级节点间通过发布/订阅机制进行交互和通信。研究与扩充了基于NS2的可以对无线传感器网络数据汇聚算法进行模拟的仿真实验平台，平台实现了仿真的远程进行与仿真数据的自动分析。.项目进度按照申请书预定目标推进，从数据融合、数据路由、云计算以及仿真平台多个方面进行了研究，解决了无线传感器网络存在的资源受限，感知数据不确定等问题，为无线传感器网络数据汇聚传送关键技术的研究提供了理论依据与指导。