一种无线传感器网络智能配置系统及其方法

本发明涉及一种无线传感器网络智能配置系统及其方法，该系统包括：传感器网络模块、网关模块、输出模块、执行模块、应用层接口模块。本发明克服了传统传感器网络装置及方法适应性差，可靠性差且控制开销较大等缺点，该无线传感器网络智能配置系统及其方法具有智能性的、鲁棒性强、通用性好、控制代价小等优点。

1.一种无线传感器网络智能配置系统，其特征在于，包括：传感器网络模块，用于感知监测环境，给网关提供感知数据流，发送通信环境参数；网关模块，用于对所述感知数据流进行分析处理，根据所述通信环境参数对所述感知数据流进行模糊化和模糊逻辑推理后得出配置方案，再经清晰化处理后成为实际用于控制的清晰量；输出模块，所述网关模块综合所述配置方案及若干个所述实际用于控制的清晰量，得出传感器模块下一个时段的配置参数，并将所述配置参数发送给所述传感器网络模块中的感知节点；执行模块，所述感知节点模块将配置参数存入节点存储器中，然后按照所述配置参数完成相应配置，并按配置后工作方式进行下一轮数据采集；应用层接口模块，通过所述数据通道获得所述传感器网网络模块的感知数据流或随时通过管理通道向所述传感器网络模块提出新的需求指标；其中所述网关模块包括模糊逻辑控制器模块，用于对输入的所述传感器网络特性，模糊逻辑化后加入规则库，并经过模糊逻辑推理得出配置方案、再经清晰化处理后成为实际用于控制的清晰量；所述模糊逻辑控制器模块包括模糊化模块、模糊推理模块、规则库模块、清晰化模块：所述模糊化模块，用于对输入的所述传感器网络特性进行预处理和尺度变换，使变换到满足所述模糊控制器模块的要求，将所述变换后的输入量进行模糊处理，使原先精确的输入量变成模糊输入量，并用模糊集合表示；所述模糊推理模块，用于对所述模糊输入量进行模糊推理得出配置方案，该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则进行的，采用“IF…THEN…”形式，IF部分是规则的前提，THEN是规则的结论，模糊推理过程需要规则库模块提供相应的经验规则；所述规则库模块，包含通过经验知识获取的用模糊语言变量表示的推理规则，以及网络流处理器模块得出的经验知识；所述清晰化模块，将所述模糊推理模块的配置方案解模糊化为实际用于控制的清晰量，将控制量转变为可以调节的传感器网络参数，包括将模糊的控制量变换成清晰量和将清晰量进行尺度变换成实际的控制量两个阶段。
2.如权利要求1所述的无线传感器网络智能配置系统，其特征在于，所述传感器网络模块包括：感知节点模块，用于完成所述感知数据流的采集；汇聚节点模块，用于完成所述感知数据流的汇聚并将汇聚后的感知数据流发送给网关模块；路由节点模块，用于在多跳网络中转发所述感知数据流给汇聚节点，所述路由节点模块为多个，而在单跳网络中路由节点模块为零个。
3.如权利要求1所述的无线传感器网络智能配置系统，其特征在于，所述网关模块还包括：网络流处理器模块，用于通过数据通道向远程服务器提供应用层需求数据流，同时对所述感知数据流分析处理输出当前时段的传感器网络特性到模糊逻辑控制器模块。
4.如权利要求3所述的无线传感器网络智能配置系统，其特征在于，所述网络流处理器模块包括：硬件驱动层模块，用于读取所述感知数据流并传给数据解析层模块；数据解析层模块，用于解析所述感知数据流并发送给统计分析处理模块；统计分析处理模块，用于在向应用层提供所述感知数据流的同时将所述感知数据流存入感知数据库模块，同时通过对所述感知数据流的分析挖掘得出资源描述表和应用需求表；感知数据库模块，用于存储所述感知数据流；资源描述表和应用需求表模块，所述资源描述表用于表征所述传感器网络模块的节点工作状态，所述应用需求表记录所述应用层随时提出的需求信息；归一化输出模块，用于将所述统计分析处理模块的输出信息格式化，计算得出网络特性并发送到所述模糊逻辑控制器模块，同时将输出的应用层数据流发送给所述远程服务器。
5.一种无线传感器网络智能配置方法，其特征在于，包括：步骤1，传感器网络感知监测物理环境，给网关提供感知数据流的同时发送通信环境参数；步骤2，所述网关对所述感知数据流进行分析处理，根据通信环境参数对所述感知数据流进行模糊化和模糊逻辑推理后，得出配置方案，然后经清晰化处理后成为实际用于控制的清晰量；其中配置方案的产生如下：判断所述传感器网络特性，若为网关支持的网络特性N，则根据所述实际测试的网络性能指标与应用层需求指标的偏差的正负和绝对值大小确定具体的配置策略；否则，则判断是否执行默认配置方案，若是，则执行默认配置策略，否则不需要重新配置；步骤3，所述网关综合所述配置方案及若干个所述实际用于控制的清晰量，得出传感器模块下一个时段的配置参数，并将所述配置参数发送给所述传感器网络模块中的感知节点；步骤4，所述感知节点将配置参数存入节点存储器中，然后按照所述配置参数完成相应配置，并按配置后工作方式进行下一轮数据采集；步骤5，应用层接口根据所述网关提供的数据进行分析处理，通过数据通道获得所述传感器网络的感知数据流或随时通过管理通道向所述传感器网络提出新的需求指标。
6.如权利要求5所述的无线传感器网络智能配置方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11，感知节点完成所述感知数据流的采集；具体过程为：步骤111，所述感知节点初始化后采集所述感知数据流，开启射频发送所述采集的感知数据流；步骤112，所述感知节点判断收到汇聚节点的包含配置信息的ACK应答，则确定是否需要重新配置节点，若需要，则使用所述汇聚节点ACK中的配置信息完成对所述感知节点的配置，否则，感知节点进入休眠状态；步骤113，所述感知节点判断未收到汇聚节点的包含配置信息的ACK应答，则所述感知节点进行重传后进入休眠状态；步骤114，所述感知节点按照默认配置或重新配置进行下轮数据采集；步骤12，路由节点在单跳网络中为零个，在多跳网络中为多个，用于将所述感知数据流转发至汇聚节点；其中：所述路由节点在初始化完成后进入工作状态，若进入工作状态过程中出现故障，则通过拓扑重建、拓扑修复进入工作状态；所述路由节点完成感知数据流的转发工作后，关闭射频，进入休眠状态，需要路由节点转发感知数据流时，开启射频，进入工作状态；步骤13，汇聚节点完成所述感知数据流的汇聚并将汇聚后的感知数据流发送给网关。
7.如权利要求5所述的无线传感器网络智能配置方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤21，网络流处理器分析处理所述感知数据流，通过数据通道向远程服务器提供应用层需求数据流，同时通过对所述感知数据流分析处理输出当前时段的传感器网络特性到模糊逻辑控制器；步骤22，模糊逻辑控制器对输入的所述传感器网络特性，模糊逻辑化后加入规则库，并经过模糊逻辑推理得出配置方案、经清晰化处理后成为实际用于控制的清晰量。
8.如权利要求7所述的无线传感器网络智能配置方法，其特征在于，所述步骤21包括：步骤211，硬件驱动层读取所述感知数据流并传给数据解析层；步骤212，数据解析层解析所述感知数据流并发送给统计分析处理器；步骤213，统计分析处理器向应用层提供所述感知数据流的同时将所述感知数据流存入感知数据库，同时通过对感知数据流的分析挖掘得出资源描述表和应用需求表；步骤214，将所述统计分析处理器的输出信息格式化，计算得出网络特性并经过归一化之后发送到模糊控制器，同时将输出的应用层数据流发送给所述远程服务器。
9.如权利要求7所述的无线传感器网络智能配置方法，其特征在于，所述步骤22包括：步骤221，对输入的所述网络特性进行预处理和尺度变换，使其变换到满足所述模糊控制器要求的论域范围，将所述变换后的输入量进行模糊处理，使原先的精确的输入量变成模糊输入量，并用模糊集合表示；步骤222，对所述模糊输入量进行模糊推理得出配置方案，该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则进行的，采用“IF…THEN…”形式，IF部分是规则的前提，THEN是规则的结论，模糊推理过程需要规则库提供相应的规则经验；步骤223，将模糊推理输出的所述配置方案清晰化，即解模糊化为实际用于控制的清晰量，将控制量转变为可以调节的传感网的网络参数包括将模糊的控制量变换成表示在所述论域范围的清晰量和将清晰量进行尺度变换成实际的控制量两个阶段。