專利名稱：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法及無線傳感器節(jié)點的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種異常數(shù)據(jù)分析方法及一種無線傳感器節(jié)點。
背景技術(shù)：
借助于通信技術(shù)、芯片制造技術(shù)和嵌入式計算技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正越來越多地運用到國防、建筑、環(huán)境、城市管理等諸多領(lǐng)域。雖然無線傳感器節(jié)點由于成本低、功耗小等特點而廣受青睞，然而制約著其發(fā)展的一個重要因素是傳感器節(jié)點的感知數(shù)據(jù)可靠性低，數(shù)據(jù)中經(jīng)常含有異常數(shù)據(jù)。一個典型的數(shù)據(jù)異常的場景為:部署在森林中的傳感器節(jié)點，在夏天正午時分的感知數(shù)據(jù)一般是30攝氏度左右，忽然某時刻的數(shù)據(jù)變成了100攝氏度，這個100攝氏度就是一個異常數(shù)據(jù)。異常數(shù)據(jù)的來源可分為兩種:一是硬件或軟件錯誤，由于傳感器的造價較為低廉，硬件的數(shù)值可能會偶發(fā)性出錯，同時傳感器節(jié)點上運行的操作系統(tǒng)具有相對有限的數(shù)據(jù)處理能力，并缺乏有效的校驗機制，由此可能會導(dǎo)致在數(shù)據(jù)處理時出錯；二是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)發(fā)生了事件，比如，在以上的例子中，很有可能是傳感器節(jié)點的部署區(qū)域附近發(fā)生了火災(zāi)，從而導(dǎo)致傳感器讀數(shù)發(fā)生巨大變化。異常數(shù)據(jù)分析在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理中占有相當重要的地位，一方面原因是若不能對異常數(shù)據(jù)的成因進行分析，很可能導(dǎo)致誤報或者漏報火災(zāi)等重要事件，降低傳感器網(wǎng)絡(luò)的可用性；另一方面原因是由于無線傳感器節(jié)點通常是使用電池供應(yīng)能量，若不能以一種低功耗的方式快速發(fā)現(xiàn)并處理異常數(shù)據(jù)，會給網(wǎng)絡(luò)帶來不必要的流量開銷，進而削減傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。現(xiàn)有的異常數(shù)據(jù)檢測算法，要么無法對異常數(shù)據(jù)的來源進行有效分析，導(dǎo)致對異常數(shù)據(jù)的處理模式缺失，要么需要在服務(wù)器端進行頻繁的運算，需要網(wǎng)絡(luò)傳輸大量不必要的數(shù)據(jù)，因此無法適用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的長期監(jiān)控。綜上，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠性不高、數(shù)據(jù)易發(fā)生異常的特點，有必要研究一種低功耗、低延遲的異常數(shù)據(jù)分析方法，以用于大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
(一)所要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中異常數(shù)據(jù)的分析方法以及一種無線傳感器節(jié)點，以解決現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)檢測方法無法對異常值成因進行有效分析、容易誤報或漏報重要事件，以及節(jié)點功耗高、網(wǎng)絡(luò)流量開銷大的問題。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法，所述方法包括以下步驟:
S1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點i在時刻t獲取到讀數(shù)Xt后，根據(jù)節(jié)點i獲取的當前窗口的所有讀數(shù)，判斷Xt是否是異常值，若Xt是異常值，則進入步驟S2，否則進入步驟S3 ；S2、節(jié)點i獲取其k個鄰居節(jié)點在時刻t的讀數(shù)X1, x2，…，xk，k為正整數(shù)，并根據(jù)X1, X2,…，Xk判斷Xt的異常值成因，若Xt的異常值成因是硬件或軟件錯誤，則進入步驟S4，否則進入步驟S5 ；S3、節(jié)點i對Xt進行存儲；S4、節(jié)點 i 丟棄 Xt ；S5、節(jié)點i將Xt發(fā)送給基站?？蛇x的，步驟SI具體包括:S101、將窗口大小設(shè)定為W，節(jié)點i獲取的當前窗口的前W-1個讀數(shù)依次記為
Xt-w+l.Xt-w+2.…，Xt-1，計算出 Xt-w+l.Xt-w+2.…，Xt-1.Xt 的均值無；S102、根據(jù)序列xt_w+1, xt_w+2,…，X^Xt以及均值.無構(gòu)造累積和序列S_{st_w, st_w+1, st_w+2， ，st}，其中，
權(quán)利要求
1.一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 51、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點i在時刻t獲取到讀數(shù)Xt后，根據(jù)節(jié)點i獲取的當前窗口的所有讀數(shù)，判斷Xt是否是異常值，若Xt是異常值，則進入步驟S2，否則進入步驟S3 ； 52、節(jié)點i獲取其k個鄰居節(jié)點在時刻t的讀數(shù)Xl，X2,…，xk，k為正整數(shù)，并根據(jù)X1, X2,…，Xk判斷Xt的異常值成因，若Xt的異常值成因是硬件或軟件錯誤，則進入步驟S4，否則進入步驟S5 ； 53、節(jié)點i對Xt進行存儲； 54、節(jié)點i丟棄Xt； 55、節(jié)點i將Xt發(fā)送給基站。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于，步驟SI具體包括: 5101、將窗口大小設(shè)定為W，節(jié)點i獲取的當前窗口的前W-1個讀數(shù)依次記為Xt-w+l.Xt-w+2.…，xt-1，計算出 Xt-W+1，Xt-w+2.…，xt-1，Xt 的均值尤 5102、根據(jù)序列xt_w+1,xt_w+2，…，xt_i，Xt以及均值X構(gòu)造累積和序列S_{st_w, st_w+1, st_w+2， ，st}，其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于，步驟S2具體包括: 將半徑設(shè)定為山將百分比閾值設(shè)定為q，根據(jù)Xl，X2, -,Xk以及Xt判斷下列公式是否成立:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于，步驟S2中，節(jié)點i獲取其k個鄰居節(jié)點在時刻t的讀數(shù)具體包括: 節(jié)點i通過無線信號向其k個鄰居節(jié)點廣播CROSS_CHECK命令，每個鄰居節(jié)點在接收到CROSS_CHECK命令后，將各自在時刻t的讀數(shù)發(fā)送給節(jié)點i。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)分析方法，其特征在于，步驟S5進一步包括: 節(jié)點i通知k個鄰居節(jié)點向基站發(fā)送其在時刻t的讀數(shù)。
6.一種無線傳感器節(jié)點，其特征在于，所述節(jié)點包括數(shù)據(jù)獲取模塊、異常數(shù)據(jù)分析模塊、存儲模塊和無線通信模塊，所述異常數(shù)據(jù)分析模塊分別與所述數(shù)據(jù)獲取模塊、所述存儲模塊及所述無線通信模塊相連，其中: 所述數(shù)據(jù)獲取模塊用于獲取節(jié)點在時刻t的讀數(shù)xt，并將讀數(shù)Xt傳送給所述異常數(shù)據(jù)分析模塊； 所述異常數(shù)據(jù)分析模塊用于接收來自所述數(shù)據(jù)獲取模塊的讀數(shù)xt，并利用如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，判斷Xt是否是異常值，若Xt不是異常值，則將Xt傳送給所述存儲模塊，若Xt是異常值，則進一步判斷Xt的異常值成因，若Xt的異常值成因是硬件或軟件錯誤，則直接將Xt丟棄，否則將Xt傳送給所述無線通信模塊； 所述存儲模塊用于接 收并存儲來自所述異常數(shù)據(jù)分析模塊的讀數(shù)； 所述無線通信模塊用于接收來自所述異常數(shù)據(jù)分析模塊的讀數(shù)并將其發(fā)送給基站。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線傳感器節(jié)點，其特征在于，所述異常數(shù)據(jù)分析模塊基于TinyOS 系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，公開了一種異常數(shù)據(jù)分析方法及一種無線傳感器節(jié)點。所述方法包括S1、節(jié)點i在時刻t獲取到讀數(shù)xt后，根據(jù)當前窗口的所有讀數(shù)判斷xt是否是異常值，若是，則進入S2，否則進入S3；S2、節(jié)點i獲取其k個鄰居節(jié)點在時刻t的讀數(shù)，并據(jù)此判斷xt的異常值成因，若是硬件或軟件錯誤，則進入S4，否則進入S5；S3、節(jié)點i存儲xt；S4、節(jié)點i丟棄xt；S5、節(jié)點i將xt發(fā)送給基站。所述節(jié)點包括數(shù)據(jù)獲取模塊、異常數(shù)據(jù)分析模塊、存儲模塊和無線通信模塊。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠在節(jié)點的鄰域內(nèi)完成計算，減少網(wǎng)絡(luò)流量開銷；利用數(shù)據(jù)的時空關(guān)聯(lián)性，自動檢測異常值并分析異常值成因，避免誤報、漏報事件。
文檔編號H04W84/18GK103249072SQ20131016972
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月9日
發(fā)明者劉云浩, 苗欣, 孫家廣 申請人:清華大學