一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，包括目標節點裝置、多個傳感器裝置、數據預處理裝置、時空一致性處理器、數據相關裝置、合成與識別裝置及數據庫信息裝置；目標節點裝置與多個傳感器裝置連接，多個傳感器裝置與數據預處理裝置連接，多個傳感器裝置并行設置；數據預處理裝置與時空一致性處理器連接，時空一致性處理器與數據相關裝置的一個輸入端連接，數據相關裝置與合成與識別裝置的一個輸入端連接，數據庫信息裝置的兩個輸出端與數據相關裝置及合成與識別裝置的另一個輸出端連接。本發明能有效克服并行數據融合中數據互耦合、過程依賴、共享同步等技術難題，提升數據和計算空間并行度，具有良好的并行擴展性。
【專利說明】
一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統
技術領域
[0001]本發明涉及電子信息技術領域，尤其涉及一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統。
【背景技術】
[0002]多傳感器數據融合是把多種傳感器獲得的數據依據某種準則進行綜合處理，獲得對被測目標一致性描述。多源融合信息擴大了C3I系統在空間、時間、頻率覆蓋上對目標的感知能力，增加了情報信息的可信度，提高了系統信息穩健性、抗干擾能力，在C3I系統中得到日益廣泛的應用。然而，隨著傳感器數量/探測范圍以及融合算法復雜性的增加，單位時間內要融合的目標數量和計算復雜性的急劇增加，傳統的簡化算法和提高處理器性能的作法已難以滿足大容量低延時高精度的數據融合處理要求。
[0003]隨著數據融合技術的高度發展，開展數據融合并行處理技術已成為C3I情報處理的迫切需求。傳統的數據并行方法包括數據分塊(也稱數據分區)、數據分段、責任區劃分等。數據分塊主要是將待融合目標區域空間按位置劃分為網格，將落入網格的數據歸入一個數據塊或數據區，主要有矩形塊和扇區塊，并分發給各個處理器處理;數據分段不考慮目標位置，是將待處理數據序列直接等分，形成與處理器數量大致相等的數據包，分別發送各處理器處理；而責任區劃分方法是將探測范圍劃分為一個個地理區域，讓每個處理器負責處理其中一個區的數據。
【發明內容】
[0004]本發明的目的:提供一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，克服了數據融合并行化的困難，避免了長流水線融合模式，削減了相關計算數據耦合度，實現分區獨立計算、最小化并行通信量。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0006]—種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，包括目標節點裝置、多個傳感器裝置、數據預處理裝置、時空一致性處理器、數據相關裝置、合成與識別裝置及數據庫信息裝置;所述的目標節點裝置的輸出端分別與所述的多個傳感器裝置的輸入端連接，所述的多個傳感器裝置的輸出端分別與所述的數據預處理裝置的輸入端連接，所述的多個傳感器裝置并行設置;所述的數據預處理裝置的輸出端與所述的時空一致性處理器的輸入端連接，所述的時空一致性處理器的輸出端與所述的數據相關裝置的一個輸入端連接，所述的數據相關裝置的輸出端與所述的合成與識別裝置的一個輸入端連接，所述的數據庫信息裝置的兩個輸出端分別與所述的數據相關裝置及合成與識別裝置的另一個輸出端連接，構成數據融合并行處理框架。
[0007]上述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，其中，所述的時空一致性處理器由時間統一處理器及空間統一處理器構成。
[0008]—種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，該方法至少包括如下步驟:
[0009]步驟1:近鄰聚類獨立區域劃分。
[0010]步驟2:負載均衡策略。
[0011]上述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，其中，在所述的步驟I中，還包括如下分步驟:
[0012]步驟1.1:對于待聚類的點跡集合，計算元素兩兩之間的距離。
[0013]步驟1.2:在計算過程匯總，從D的行向量中找出與點跡集合距離小于T的各元素形成初始聚類C中心。
[0014]步驟1.3:從C中找出一個未處理的元素，并將未處理的元素標記為已處理，并執行簇環函數。
[0015]步驟1.4:執行簇環函數，使C中未處理的元素均標記為已處理。
[0016]步驟1.5:若C中未處理的元素均標記為已處理，則終止;否則返回步驟1.3。
[0017]上述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，其中，在所述的步驟2中，還包括如下分步驟:
[0018]步驟2.1:計算各節點理論上計算量。
[0019]步驟2.2:計算各分區大小并進行排序，獲得有序集合。
[0020]步驟2.3:依次從有序集合V的兩端取元素，組成k個子集Di。
[0021 ]步驟2.4:將N個Di分別發送給N個計算節點并行執行。
[0022]本發明能有效克服并行數據融合中數據互耦合、過程依賴、共享同步等技術難題，提升數據和計算空間并行度，具有良好的并行擴展性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的框架圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖進一步說明本發明的實施例。
[0025]請參見附圖1所示，一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，包括目標節點裝置1、多個傳感器裝置2、數據預處理裝置3、時空一致性處理器4、數據相關裝置5、合成與識別裝置6及數據庫信息裝置7;所述的目標節點裝置I的輸出端分別與所述的多個傳感器裝置2的輸入端連接，所述的多個傳感器裝置2的輸出端分別與所述的數據預處理裝置3的輸入端連接，所述的多個傳感器裝置2并行設置;所述的數據預處理裝置3的輸出端與所述的時空一致性處理器4的輸入端連接，所述的時空一致性處理器4的輸出端與所述的數據相關裝置5的一個輸入端連接，所述的數據相關裝置5的輸出端與所述的合成與識別裝置6的一個輸入端連接，所述的數據庫信息裝置7的兩個輸出端分別與所述的數據相關裝置5及合成與識別裝置6的另一個輸出端連接，構成數據融合并行處理框架。
[0026]所述的時空一致性處理器4由時間統一處理器41及空間統一處理器42構成，可確保時間和空間的統一性。
[0027]—種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，該方法至少包括如下步驟:
[0028]步驟1:近鄰聚類獨立區域劃分。
[0029]步驟2:負載均衡策略。
[0030]在所述的步驟I中，還包括如下分步驟:
[0031 ]步驟1.1:對于待聚類的點跡集合，計算元素兩兩之間的距離。
[0032]步驟1.2:在計算過程匯總，從D的行向量中找出與點跡集合距離小于T的各元素形成初始聚類C中心。
[0033]步驟1.3:從C中找出一個未處理的元素，并將未處理的元素標記為已處理，并執行簇環函數。
[0034]步驟1.4:執行簇環函數，使C中未處理的元素均標記為已處理。
[0035]步驟1.5:若C中未處理的元素均標記為已處理，則終止;否則返回步驟1.3。
[0036]在所述的步驟2中，還包括如下分步驟:
[0037]步驟2.1:計算各節點理論上計算量。
[0038]步驟2.2:計算各分區大小并進行排序，獲得有序集合。
[0039]步驟2.3:依次從有序集合V的兩端取元素，組成k個子集Di。
[0040]步驟2.4:將N個Di分別發送給N個計算節點并行執行。
[0041 ]本發明根據數據相關基本原理，對數據區域實施“軟”劃分，削減相關計算數據耦合度，實現分區獨立計算，獲取最小化并行通信量;采取相關、合成雙路并行融合模式縮短流水線深度縮短時延。
[0042]綜上所述，本發明能有效克服并行數據融合中數據互耦合、過程依賴、共享同步等技術難題，提升數據和計算空間并行度，具有良好的并行擴展性。
[0043]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用附屬在其他相關產品的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，其特征在于:包括目標節點裝置、多個傳感器裝置、數據預處理裝置、時空一致性處理器、數據相關裝置、合成與識別裝置及數據庫信息裝置;所述的目標節點裝置的輸出端分別與所述的多個傳感器裝置的輸入端連接，所述的多個傳感器裝置的輸出端分別與所述的數據預處理裝置的輸入端連接，所述的多個傳感器裝置并行設置;所述的數據預處理裝置的輸出端與所述的時空一致性處理器的輸入端連接，所述的時空一致性處理器的輸出端與所述的數據相關裝置的一個輸入端連接，所述的數據相關裝置的輸出端與所述的合成與識別裝置的一個輸入端連接，所述的數據庫信息裝置的兩個輸出端分別與所述的數據相關裝置及合成與識別裝置的另一個輸出端連接，構成數據融合并行處理框架。2.根據權利要求1所述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統，其特征在于:所述的時空一致性處理器由時間統一處理器及空間統一處理器構成。3.—種應用于權利要求1或2所述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，其特征在于:該方法至少包括如下步驟: 步驟1:近鄰聚類獨立區域劃分； 步驟2:負載均衡策略。4.根據權利要求3所述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，其特征在于:在所述的步驟I中，還包括如下分步驟: 步驟1.1:對于待聚類的點跡集合，計算元素兩兩之間的距離； 步驟1.2:在計算過程匯總，從D的行向量中找出與點跡集合距離小于T的各元素形成初始聚類C中心； 步驟1.3:從C中找出一個未處理的元素，并將未處理的元素標記為已處理，并執行簇環函數； 步驟1.4:執行簇環函數，使C中未處理的元素均標記為已處理； 步驟1.5:若C中未處理的元素均標記為已處理，則終止;否則返回步驟1.3。5.根據權利要求3所述的基于并行數據采集的無線傳感器網絡系統的融合數據空間軟劃分方法，其特征在于:在所述的步驟2中，還包括如下分步驟: 步驟2.1:計算各節點理論上計算量； 步驟2.2:計算各分區大小并進行排序，獲得有序集合； 步驟2.3:依次從有序集合V的兩端取元素，組成k個子集Di ; 步驟2.4:將N個Di分別發送給N個計算節點并行執行。
【文檔編號】H04W84/18GK105959342SQ201610236730
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月8日
【發明人】陳昊, 褚倩云
【申請人】安徽大學