專利名稱：用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種無線通信技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分級(jí)方法。
背景技術(shù)：
隨著無線傳感器設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，它們開始出現(xiàn)在人們生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。相比傳統(tǒng)的有線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，它們具有體積小、重量輕、布置靈活、省電節(jié)能等等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)、災(zāi)害監(jiān)控網(wǎng)、智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等等地方。但是，也由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性，它也有許多問題需要克服。由于無線傳感器設(shè)備不使用有線連接，從而導(dǎo)致它們的傳輸能力有限。但是對(duì)于起監(jiān)測(cè)作用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，及時(shí)把監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給接收終端是非常重要的。然而由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力限制，沒有辦法使得所有數(shù)據(jù)都被及時(shí)傳輸?shù)浇邮战K端。這時(shí)，就需要有一種數(shù)據(jù)分級(jí)的方法，用于判斷數(shù)據(jù)是否重要，是否需要及時(shí)的傳輸。在以往的數(shù)據(jù)分級(jí)技術(shù)中，數(shù)據(jù)的重要性級(jí)別在一開始就是被設(shè)置好的。這種方法對(duì)用于監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來說，并不合適。這是因?yàn)橛糜诒O(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)收集到的數(shù)據(jù)一般都是同一類型的數(shù)據(jù)，比如溫度、濕度、電壓、電流等等。這些數(shù)據(jù)本身并沒有什么先驗(yàn)的重要性區(qū)分。但是，如果從整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來看，傳感器收集到的相同類型的數(shù)據(jù)其實(shí)擁有不同的重要性。這是由于傳感器采集到的數(shù)據(jù)會(huì)符合某一概率分布，而根據(jù)信息理論，出現(xiàn)概率越小的數(shù)據(jù)具有更多的信息量。一般來說，具有更多信息量的數(shù)據(jù)會(huì)更加重要。比如傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度時(shí)，正常情況下，大部分的傳感器監(jiān)測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)會(huì)是相同或者接近的(正常工作溫度)。這些數(shù)據(jù)具有很大的網(wǎng)絡(luò)冗余度，往往是不重要的。有時(shí)，有些設(shè)備的溫度上升(功能異常)，一些傳感器監(jiān)測(cè)到了較高的溫度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)具有較小的網(wǎng)絡(luò)冗余度，具有較高的重要度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分級(jí)方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟(I):傳感器設(shè)備初始化先驗(yàn)概率分布；步驟(2):傳感器設(shè)備使用其新得到的數(shù)據(jù)更新其后驗(yàn)概率分布；步驟(3):傳感器設(shè)備使用其后驗(yàn)概率分布對(duì)其新得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)。優(yōu)選地，所述新得到的數(shù)據(jù)包括如下任一種或兩種數(shù)據(jù):收集到的數(shù)據(jù)，其是指?jìng)鞲衅髟O(shè)備使用感知設(shè)備得到的數(shù)據(jù)信息；接收到的數(shù)據(jù)，其是指?jìng)鞲衅髟O(shè)備接收到的從其他的傳感器設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用多跳傳輸，離接收節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的傳感器需要發(fā)送數(shù)據(jù)給離接收節(jié)點(diǎn)較近的傳感器，讓其轉(zhuǎn)發(fā)。
優(yōu)選地，先驗(yàn)概率分布是指預(yù)先估計(jì)的數(shù)據(jù)的概率分布函數(shù)，此概率分布函數(shù)是預(yù)先設(shè)計(jì)的，是固定的；后驗(yàn)概率分布是指?jìng)鞲衅髟O(shè)備通過學(xué)習(xí)得到的概率分布。優(yōu)選地，傳感器設(shè)備更新其后驗(yàn)概率分布的步驟包括以下步驟:步驟(201):把新得到的數(shù)據(jù)加入歷史數(shù)據(jù)集合；步驟(202):把過期的歷史數(shù)據(jù)從歷史數(shù)據(jù)集合中刪去；步驟(203):根據(jù)歷史數(shù)據(jù)集合推算估計(jì)的后驗(yàn)概率分布；步驟(204):使用先驗(yàn)概率分布修正估計(jì)的后驗(yàn)概率分布，得到后驗(yàn)概率分布。優(yōu)選地，估計(jì)的后驗(yàn)概率分布是指使用歷史數(shù)據(jù)集合中的數(shù)據(jù)估算出的概率分布；推算估計(jì)的后驗(yàn)概率分布的步驟包括使用歷史數(shù)據(jù)集合中的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息作離散的概率分布；歷史數(shù)據(jù)集合是指一種集合，集合的元素為數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)含有數(shù)據(jù)信息與此數(shù)據(jù)的時(shí)間戳；過期的歷史數(shù)據(jù)是指在歷史數(shù)據(jù)集合中，數(shù)據(jù)的時(shí)間戳與當(dāng)前時(shí)間超過一定閾值的數(shù)據(jù)；使用先驗(yàn)概率分布修正估計(jì)的后驗(yàn)概率分布的步驟包括把先驗(yàn)概率分布與估計(jì)的后驗(yàn)概率分布做加權(quán)線性組合。優(yōu)選地，傳感器設(shè)備使用其后驗(yàn)概率分布對(duì)數(shù)據(jù)分級(jí)的步驟包括以下步驟:步驟(301):計(jì)算符合后驗(yàn)概率分布的隨機(jī)變量的期望；步驟(302):計(jì)算等待分級(jí)的數(shù)據(jù)與步驟(301)所得期望的差距；步驟(303):計(jì)算后驗(yàn)概率分布中，距離期望小于步驟(302)所得差距的概率；步驟(304):根據(jù)步驟(303)所得概率，進(jìn)行分級(jí)，概率越大，重要性越高。優(yōu)選地，數(shù)據(jù)的概率分布是多種數(shù)據(jù)的聯(lián)合概率分布。優(yōu)選地，聯(lián)合概率分布包括溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、以及視頻信息。優(yōu)選地，通過定義等待分級(jí)的聯(lián)合數(shù)據(jù)與后驗(yàn)概率分布中聯(lián)合數(shù)據(jù)的期望的差距，進(jìn)行所述步驟(301)、步驟(302)、步驟(303)、以及步驟(304)。優(yōu)選地，傳感器設(shè)備初始化先驗(yàn)概率分布的步驟包括如下步驟:使傳感器設(shè)備的初始后驗(yàn)概率分布為其先驗(yàn)概率分布，清空歷史數(shù)據(jù)集合。本發(fā)明根據(jù)新得到的數(shù)據(jù)對(duì)其后驗(yàn)概率分布進(jìn)行更新，然后再根據(jù)更新后的后驗(yàn)概率分布對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，從而可以區(qū)分出具有較小網(wǎng)絡(luò)冗余度的數(shù)據(jù)并使其設(shè)置為較高的重要性，從而提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。


通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:圖1是本發(fā)明的數(shù)據(jù)分級(jí)方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的計(jì)算后驗(yàn)概率分布方法的流程圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中使用后驗(yàn)概率分布對(duì)數(shù)據(jù)分級(jí)方法的流程圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中節(jié)點(diǎn)的位置圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，在描述過程中省略了對(duì)于本發(fā)明來說是不必要的細(xì)節(jié)和功能，以防止對(duì)本發(fā)明的理解造成混淆。圖1是本發(fā)明的數(shù)據(jù)分級(jí)方法的流程圖，分為五個(gè)部分。初始化部分會(huì)在傳感器剛啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行。然后每當(dāng)傳感器收集或者接收到新數(shù)據(jù)時(shí)，傳感器依次進(jìn)行更新后驗(yàn)概率分布部分與分級(jí)數(shù)據(jù)部分。本實(shí)施例將展示某一個(gè)傳感器兩次接收到新數(shù)據(jù)與一次收集到新數(shù)據(jù)后，進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)的過程。圖4是本實(shí)施例中節(jié)點(diǎn)的位置圖。I號(hào)節(jié)點(diǎn)是本實(shí)施例展示的節(jié)點(diǎn)，2號(hào)、5號(hào)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)給I號(hào)節(jié)點(diǎn)，3號(hào)、4號(hào)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)給2號(hào)節(jié)點(diǎn)，6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)給5號(hào)節(jié)點(diǎn)。在某一時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)I的歷史數(shù)據(jù)集合有數(shù)據(jù)3.3，4.2，3.6，3.8，4.1,3.9,3.8,4.3,4.4,2.1,4.1,3.3。此時(shí)節(jié)點(diǎn)I接收到從節(jié)點(diǎn)2傳來的數(shù)據(jù)3.4，5.2,4.3。然后，節(jié)點(diǎn)I開始更新后驗(yàn)概率分布的過程。圖2是本發(fā)明的計(jì)算后驗(yàn)概率分布方法的流程圖。節(jié)點(diǎn)I先把新接收到數(shù)據(jù)3.4，5.2,4.3加入歷史數(shù)據(jù)集合，然后從歷史數(shù)據(jù)集合刪去過期數(shù)據(jù)3.3,4.1,2.1。此時(shí)歷史數(shù)據(jù)集合變?yōu)?3.4,5.2,4.3,3.3,4.2,3.6,3.8,4.1，3.9，3.8，4.3，4.4。接著節(jié)點(diǎn) I 使用此歷史數(shù)據(jù)集合去計(jì)算后驗(yàn)概率分布。在此實(shí)施例中，使用歷史數(shù)據(jù)集合中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息作為估計(jì)的后驗(yàn)概率分布。后驗(yàn)概率分布為3.3:8.33 %概率，3.4:8.33 %概率，3.6:
8.33%概率，3.8:16.67%概率，3.9:8.33%概率，4.1:8.33%概率，4.2:8.33%概率，4.3:16.67%概率，4.4:8.33%概率，5.2:8.33%概率。最后，使用先驗(yàn)概率分布修正后驗(yàn)概率分布。在此實(shí)施例中，使用線性組合的方式進(jìn)行修正，先驗(yàn)概率分布的權(quán)重為0.2，后驗(yàn)概率分布的權(quán)重為0.8。在此實(shí)施例中，先驗(yàn)概率分布為4.2:40%概率，3.9:20%概率，4.5:20%概率，3.6:10%概率，4.8:10%概率。則修正后的后驗(yàn)概率分布為3.3:6.67%概率，
3.4:6.67% 概率，3.6:8.67% 概率，3.8:13.33% 概率，3.9:10.67% 概率，4.1:6.67 % 概率，4.2:14.67% 概率，4.3:13.33% 概率，4.4:6.67% 概率，4.5:4% 概率，4.8:2%概率，5.2:6.67%概率。節(jié)點(diǎn)I更新后驗(yàn)概率分布后，進(jìn)行分級(jí)過程。圖3是此實(shí)施例中使用后驗(yàn)概率分布對(duì)數(shù)據(jù)分級(jí)方法的流程圖。節(jié)點(diǎn)I先計(jì)算后驗(yàn)概率分布的期望為4.1。然后分別計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)與期望4.1的距離 ，數(shù)據(jù)3.4，5.2，4.3距期望4.1的差距分別為0.7，1.1,0.2.接著計(jì)算后驗(yàn)概率分布中，距離期望4.1小于上述每個(gè)差距0.7,1.1,0.2的概率為86.67%,100%,45.33%0最后根據(jù)這些概率86.67%，100%，45.33%，分級(jí)數(shù)據(jù)。此實(shí)施例中，使用1-5級(jí)分級(jí)數(shù)據(jù)，級(jí)別越小，重要度越高。距離期望20%以內(nèi)的，為5級(jí)數(shù)據(jù)；距離期望40%以內(nèi)，20%以外的，為4級(jí)數(shù)據(jù)；……;距離期望80%以外的，為I級(jí)數(shù)據(jù)。則數(shù)據(jù)3.4，5.2，4.3的級(jí)別分別是1，1，3。在下一時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)I接收到從節(jié)點(diǎn)2傳來的數(shù)據(jù)4.5，5.1，5.8，4.9。把這些新接收到的數(shù)據(jù)加入歷史數(shù)據(jù)集合，刪去過期數(shù)據(jù)4.4,4.3,3.8后，歷史數(shù)據(jù)集合為4.5,5.1，
5.8,4.9,3.4,5.2,4.3,3.3,4.2,3.6,3.8,4.1，3.9。然后更新后驗(yàn)概率分布，修正后的后驗(yàn)概率分布為 3.3:6.15%概率，3.4:6.15%概率，3.6:8.15%概率，3.8:6.15%概率，3.9:
10.15% 概率，4.1:6.15% 概率，4.2:14.15% 概率，4.3:6.15% 概率，4.5:10.15% 概率，
4.8:2%概率，4.9:6.15%概率，5.1:6.15%概率，5.2:6.15%概率，5.8:6.15%概率。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)，后驗(yàn)概率分布的期望為4.3，數(shù)據(jù)4.5,5.1,5.8,4.9與期望的差距分別為
0.2,0.8,1.5,0.6，概率分別為 36.62%, 75.38%,100%,61.08%，級(jí)別分別為 4，2，1，4。在下一時(shí)刻，節(jié)點(diǎn)I收集到數(shù)據(jù)6.0，把新收集到的數(shù)據(jù)加入歷史數(shù)據(jù)集合，刪去過期數(shù)據(jù) 3.9,4.1 后，歷史數(shù)據(jù)集合為 6.0,4.5,5.1，5.8，4.9，3.4，5.2，4.3，3.3，4.2，3.6，3.8。然后更新后驗(yàn)概率分布，修正后的后驗(yàn)概率分布為3.3:6.67%概率，3.4:6.67%概率，3.6:8.67 % 概率，3.8:6.67 % 概率，3.9:4.0% 概率，4.2: 14.67 % 概率，4.3:6.67 % 概率，4.5:10.67%概率，4.8:2%概率，4.9:6.67%概率，5.1:6.67%概率，5.2:6.67%概率，
5.8:6.67%概率，6.0:6.67%概率。最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分級(jí)，后驗(yàn)概率分布的期望為4.4，數(shù)據(jù)與期望的差距為1.6，概率為100%，級(jí)別為I。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(I):傳感器設(shè)備初始化先驗(yàn)概率分布； 步驟(2):傳感器設(shè)備使用其新得到的數(shù)據(jù)更新其后驗(yàn)概率分布； 步驟(3):傳感器設(shè)備使用其后驗(yàn)概率分布對(duì)其新得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，所述新得到的數(shù)據(jù)包括如下任一種或兩種數(shù)據(jù): -收集到的數(shù)據(jù)，其是指?jìng)鞲衅髟O(shè)備使用感知設(shè)備得到的數(shù)據(jù)信息； -接收到的數(shù)據(jù)，其是指?jìng)鞲衅髟O(shè)備接收到的從其他的傳感器設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，先驗(yàn)概率分布是指預(yù)先估計(jì)的數(shù)據(jù)的概率分布函數(shù)，此概率分布函數(shù)是預(yù)先設(shè)計(jì)的，是固定的；后驗(yàn)概率分布是指?jìng)鞲衅髟O(shè)備通過學(xué)習(xí)得到的概率分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，傳感器設(shè)備更新其 后驗(yàn)概率分布的步驟包括以下步驟: 步驟(201):把新得到的數(shù)據(jù)加入歷史數(shù)據(jù)集合； 步驟(202):把過期的歷史數(shù)據(jù)從歷史數(shù)據(jù)集合中刪去； 步驟(203):根據(jù)歷史數(shù)據(jù)集合推算估計(jì)的后驗(yàn)概率分布； 步驟(204):使用先驗(yàn)概率分布修正估計(jì)的后驗(yàn)概率分布，得到后驗(yàn)概率分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，估計(jì)的后驗(yàn)概率分布是指使用歷史數(shù)據(jù)集合中的數(shù)據(jù)估算出的概率分布；推算估計(jì)的后驗(yàn)概率分布的步驟包括使用歷史數(shù)據(jù)集合中的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)信息作離散的概率分布；歷史數(shù)據(jù)集合是指一種集合，集合的元素為數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)含有數(shù)據(jù)信息與此數(shù)據(jù)的時(shí)間戳；過期的歷史數(shù)據(jù)是指在歷史數(shù)據(jù)集合中，數(shù)據(jù)的時(shí)間戳與當(dāng)前時(shí)間超過一定閾值的數(shù)據(jù)；使用先驗(yàn)概率分布修正估計(jì)的后驗(yàn)概率分布的步驟包括把先驗(yàn)概率分布與估計(jì)的后驗(yàn)概率分布做加權(quán)線性組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，傳感器設(shè)備使用其后驗(yàn)概率分布對(duì)數(shù)據(jù)分級(jí)的步驟包括以下步驟: 步驟(301):計(jì)算符合后驗(yàn)概率分布的隨機(jī)變量的期望； 步驟(302):計(jì)算等待分級(jí)的數(shù)據(jù)與步驟(301)所得期望的差距； 步驟(303):計(jì)算后驗(yàn)概率分布中，距離期望小于步驟(302)所得差距的概率； 步驟(304):根據(jù)步驟(303)所得概率，進(jìn)行分級(jí)，概率越大，重要性越高。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，數(shù)據(jù)的概率分布是多種數(shù)據(jù)的聯(lián)合概率分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，聯(lián)合概率分布包括溫度數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)、以及視頻信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，通過定義等待分級(jí)的聯(lián)合數(shù)據(jù)與后驗(yàn)概率分布中聯(lián)合數(shù)據(jù)的期望的差距，進(jìn)行所述步驟(301)、步驟(302)、步驟(303)、以及步驟(304)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，其特征在于，傳感器設(shè)備初始化先驗(yàn)概率分布的步驟包括如下步驟:使傳感器設(shè)備的初 始后驗(yàn)概率分布為其先驗(yàn)概率分布，清空歷史數(shù)據(jù)集合。
全文摘要
本發(fā)明提供用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)分級(jí)方法，包括以下步驟步驟(1)傳感器設(shè)備初始化先驗(yàn)概率分布；步驟(2)傳感器設(shè)備使用其新得到的數(shù)據(jù)更新其后驗(yàn)概率分布；步驟(3)傳感器設(shè)備使用其后驗(yàn)概率分布對(duì)其新得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)。本發(fā)明根據(jù)新得到的數(shù)據(jù)對(duì)其后驗(yàn)概率分布進(jìn)行更新，然后再根據(jù)更新后的后驗(yàn)概率分布對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，從而可以區(qū)分出具有較小網(wǎng)絡(luò)冗余度的數(shù)據(jù)并使其設(shè)置為較高的重要性，從而提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力。
文檔編號(hào)H04L12/24GK103179177SQ20111044243
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者駱喆, 錢春花, 王新兵, 田軍, 呂超 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 富士通株式會(huì)社