CN104092753B - 基于无线中继***的物联网信息处理与融合方法及其*** - Google Patents
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Abstract
基于无线中继***的物联网信息处理与融合模型，它包括物理层、传输层、协同处理层和应用层，该物理层设有用于感知物理环境的感知层和用户控制子***，它还包括无线中继***，该无线中继***位于感知层到传输层的中间，该无线中继***包括的逻辑单元有无线数据物理层处理单元、传感器数据采集转换单元、信息融合单元、无线数据编码、解码、封装单元、信息同步处理单元、信息交互单元。其最大的优点在于无线中继***作为物联网的感知层与异构无线通信网络间的接入网关，便于信息的多层次融合、跨层次融合和深度融合，有选择性地解析从物理层到传输层的信息并用于协同处理或者控制和决策。
Description
技术领域
本发明涉及物联网信息处理的技术领域，尤其是指基于无线中继***的物联网信息处理与融合方法及其模型。
背景技术
以无线传感器网络等核心技术为支撑，物联网将物理世界与逻辑世界有机地融合为一体，极大地提高了人们的工作效率、降低协作成本，在实际生活中的众多领域都有着十分重要的作用，现有物联网模型一般是感知层将获取的感知信息并通过接入网络把中间或最终处理结果接入到传输层，而物联网信息处理和融合的过程中，要求其他层次能够参与协同处理或者协调，目前的物联网信息的融合层次不足，跨层次融合能力不够，同时，由于物联网感知层由无线传感器构成，其节点的计算、通信、存储能力有限，无法直接使用跳频通信、公钥密码等传统的安全机制，在网络环境下，来自外部网络的攻击加剧了感知层的安全问题，物联网采用下一代异构网络作为核心承载网络，而异构网之间的数据交换将带来全新的安全问题，如网间认证、安全协议的无缝衔接等，由于异构网的性能各不相同，对网络攻击的防御能力也存在着巨大的差异，很难采用一种通用安全结构，因此，物联网模型需要引进一种能更优处理、融合物联网信息，能针对网络特异性有效提高感知层到协同层的信息安全的处理***。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能有效处理融合物联网信息、提高传输效率、实现感知层与异构网络平滑过渡、无缝衔接的基于无线中继***的物联网信息处理与融合方法及其模型。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于无线中继***的物联网信息处理与融合模型，它包括有物理层、传输层、协同处理层和应用层，该物理层设有用于感知物理环境的感知层和用户控制子***，它还包括有无线中继***，该无线中继***位于感知层到传输层的中间，该无线中继***包括的逻辑单元有无线数据物理层处理单元、传感器数据采集转换单元、信息融合单元、无线数据编码、解码、封装单元、信息同步处理单元、信息交互单元；无线数据物理层处理单元、传感器数据采集转换单元、信息融合单元依次连接且三者均与信息同步处理单元相接；与信息融合单元相接的无线数据编码、解码、封装单元在传输层和信息交互单元间互通链路，且信息交互单元与协同处理层相接。
所述的协同处理层为云计算处理平台、网格处理平台组成的智能协同处理平台。
所述的协同处理层由云计算处理模型、网格处理模型等智能协同处理模型组成。
根据权利要求1所得的基于无线中继***的物联网信息处理与融合方法，其特征在于，它包括有：
A、在感知层中，多个嵌入有感知器件和射频标签（RFID）的传感器形成局部网络，协同感知周围环境或自身状态，并对获取的感知信息进行初步的处理和判决，以及根据制定的规则进行响应，且该感知信息被传送至无线中继***；
B、由于多个传感器协同感知物理环境，感知信息在无线中继***的融合和处理模块中处理时，多个传感器感知信息分为传输消息和邻居信息，所述的传输消息进一步传送至物联网中的传输层；
C、在无线信号模块中，无线信号经过处理和解析后，再送至无线中继***的融合和处理模块中，与步骤B中的邻居信息一并被检测、分析、融合，并最终将融合后的信息上报至协同处理层。
所述物联网采用的无线传感器网络采用分簇结构，作为多个感知点的簇成员节点数据被采集和预处理，作为中间节点的簇融合节点通过簇成员节点的采样数据监视其行为，形成簇融合节点的信誉度，无线中继***对信誉度进行判别计算，并基于信誉度执行信息融合操作，且形成对融合结果的评价，所得的评价结果用于目标决策并利用无线通信加密传输。
本发明在采用了上述方案后，其最大优点在于将无线中继***作为物联网的的感知层与异构无线通信网络间的接入网关，可自动感知周围传感器的存在，搜集传感器网络需要传递的信息并上报给协同处理层，便于信息的多层次融合、跨层次融合和深度融合，有选择性地解析从物理层到传输层的信息并用于协同处理或者控制和决策，并利用无线中继自身的覆盖性好的特点，使得整个物联网数据处理覆盖范围增大，组网灵活、不依赖于基站，建设成本低，同时，该无线中继***可与感知层结合，利用其自身的软硬件处理单元，提高从感知层到协同处理层的信息安全。
附图说明
图1为本发明的物联网模型的层次图。
图2为本发明的物联网信息处理层次模型。
图3为本发明的无线中继***的信息处理逻辑图。
图4为本发明的无线中继***的数据安全信息模型图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
参见附图1至附图2所示，本实施例所述的基于无线中继***的物联网信息处理与融合模型，它包括有物理层1、传输层2、协同处理层3、应用层4和无线中继***5，其中，所述的物理层1设有用于感知物理环境的感知层101和用户控制子***102，所述的无线中继***5包括有传感器数据采集转换单元502、无线数据物理层处理单元501、信息融合单元503、无线数据编码、解码、封装单元504、信息同步处理单元505、信息交互单元506；所述的无线数据物理层处理单元501用于将采集到物理层中的原始数据进行预处理；所述的传感器数据采集转换单元502用于采集获取物联网连接物理环境的业务信息的数据转换；所述的信息融合单元503包括数据级融合、特征级融合和决策级融合三级融合机制，数据级融合是将采集到传感器的原始数据层次上进行融合；特征级融合是利用从传感器的原始信息中提取的特征信息进行综合分析和处理；决策级融合为将多个传感器的识别结果进行融合，为指挥、控制和决策提供依据；所述的无线数据编码、解码、封装单元504，用于对无线数据进行相应的编码、解码、封装等处理，以达到最优无线传输效果；所述的信息交互单元506，用于将无线网络中的信息数据与协同处理层3中接收到的信息数据进行交互。该***逻辑单元的连接关系为：无线数据物理层处理单元501、传感器数据采集转换单元502、信息融合单元503依次连接且三者均与信息同步处理单元505相接；与信息融合单元503相接的无线数据编码、解码、封装单元504在传输层2和信息交互单元506间互通链路，且信息交互单元506与协同处理层3相接。
该工作流程为无线数据物理层处理单元501将感知层101采集到的感知数据进行预处理，传感器数据采集转换单元502再将数据进行转换，并传输至信息融合单元503进行信息检测、分析和融合；无线数据编码、解码、封装单元504将融合后的数据进行无线传输处理，增强数据传输的可靠性和安全性，且通过信息交互单元506在传输层2与协同处理层3间建立互通链路，实现数据在传输层2和协同处理层3间交互，提高信息处理效率。
由图1和图2可知，物理层1中的感知层101通过感知采集物理环境的各种信息，产生的数据流向无线中继***5中传输，无线中继***5可更利于信息的多层次融合、跨层次融合和深度融合，并可有选择性地解析从物理层1到传输层2的信息，处理后的数据流接入传输层5或跨层接入协同处理层3，传输层5在传输大量感知信息的同时，对传输的信息进行进一步的融合等处理，数据流再流向协同处理层3，协同处理层3提供存储和处理功能，表现为各种各样的数据中心以中间件的形式采用数据挖掘、模式识别和人工智能等技术，提供数据分析、局势判断和控制决策等处理功能；处理后的数据流进一步接入应用层4，而用户命令流由应用层4下达，并通过协同处理层3形成控制流依次下达至传输层2、无线中继***5、物理层1，其中，物理层1中的控制子***102可反馈作用于感知到的物理环境中，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
参见附图3所示，无线中继***的信息处理逻辑顺序为：
A、在感知层中，多个嵌入有感知器件和射频标签（RFID）的传感器形成局部网络，协同感知周围环境或自身状态，并对获取的感知信息进行初步的处理和判决，以及根据制定的规则进行响应，且该感知信息被传送至无线中继***；
B、由于多个传感器协同感知物理环境，当传感器节点感知到信息后，其可与多个周围的传感器形成数据互通，周围的传感器同时感知信息，因此感知信息分为传输消息和邻居信息，大大增强了信息传输的可靠性，所述的传输消息进行处理后进一步传送至物联网中的传输层，传输层的异构网络亦可对信息进行进一步的融合处理；
C、在无线信号模块中，无线信号经过处理和解析后，再送至无线中继***的融合和处理模块中，与步骤B中的邻居信息一并被检测、分析、融合，并最终将融合后的信息跨层上报至协同处理层。
通过无线中继***的信息处理，可便于信息的多层次、跨层次和深度融合，有选择地解析从物理层到传输层的信息，并用于协同处理、控制和决策，同时，无线中继***的容量大，可同时实时收取、处理多个物联网感知点的各种数据，满足对数据采集和传输实时性的要求，而无线中继***的组网灵活简单、覆盖范围广、建设成本低，与现有的物联网模型无缝衔接。
参见附图4所示，所述的无线中继***作为感知层101与传输层2的中间节点，该无线中继***5与感知层101紧密结合，可利用无线通信的加密传输以及该无线中继***5本身的处理单元进行优化，从而提高从感知层101到协同处理层3的信息安全。由于物联网由大量的异构网络构成，但是这些网络性能各不相同，对网络攻击的防御能力也存在较大的差异，无线中继***的引入正好针对网络特异性设计专用安全协议和安全结构，在该无线中继***5数据检测、分析、安全融合及传输的基本思路为：其数据安全融合主要分为三大流程模块，即数据感知/预处理模块、数据融合模块、目标状态/决策模块，且物联网中所用的无线传感器网络采用流行的分簇结构，多个感知点（簇成员节点）的数据被采集感知并进行预处理，在融合过程中，物理层上的多个邻近节点（簇融合节点）采集的信息存在冗余，即多个中间节点（簇融合节点）进行数据关联分析和数据去冗余处理，簇融合节点通过簇成员节点的采样数据监视其行为（基于统计和信息理论，通过检查报告的感知数据来衡量每个中间节点的可信赖程度），形成了簇节点间的信誉度，且***基于信誉度执行融合操作，并对融合结果传输至汇聚节点，以完成最后的决策，对融合后的数据或判别结果进行加密传输，从而强化了物联网信息融合的安全性。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.基于无线中继***的物联网信息处理与融合***，它包括有物理层(1)、传输层(2)、协同处理层(3)和应用层(4)，该物理层(1)设有用于感知物理环境的感知层(101)和用户控制子***(102)，其特征在于：它还包括有无线中继***(5)，该无线中继***(5)位于感知层(101)到传输层的中间，该无线中继***(5)包括的逻辑单元有无线数据物理层处理单元(501)、传感器数据采集转换单元(502)、信息融合单元(503)、无线数据编码、解码、封装单元(504)、信息同步处理单元(505)、信息交互单元(506)；无线数据物理层处理单元(501)、传感器数据采集转换单元(502)、信息融合单元(503)依次连接且三者均与信息同步处理单元(505)相接；与信息融合单元(503)相接的无线数据编码、解码、封装单元(504)在传输层(2)和信息交互单元(506)间互通链路，且信息交互单元(506)与协同处理层(3)相接。
2.根据权利要求1所述的基于无线中继***的物联网信息处理与融合***，其特征在于：所述的传输层(2)包括宽带无线网络、蜂窝网络等无线传输网络。
3.根据权利要求1所述的基于无线中继***的物联网信息处理与融合***，其特征在于：所述的协同处理层(3)为云计算处理平台、网格处理平台组成的智能协同处理平台。
4.基于无线中继***的物联网信息处理与融合***的构建方法，其特征在于，它包括有：
A、在感知层中，多个嵌入有感知器件和射频标签(RFID)的传感器形成局部网络，协同感知周围环境或自身状态，并对获取的感知信息进行初步的处理和判决，以及根据制定的规则进行响应，且该感知信息被传送至无线中继***；
B、由于多个传感器协同感知物理环境，感知信息在无线中继***的融合和处理模块中处理时，多个传感器感知信息分为传输消息和邻居信息，所述的传输消息进一步传送至物联网中的传输层；
C、在无线信号模块中，无线信号经过处理和解析后，再送至无线中继***的融合和处理模块中，与步骤B中的邻居信息一并被检测、分析、融合，并最终将融合后的信息上报至协同处理层。
5.根据权利要求4所述的基于无线中继***的物联网信息处理与融合***的构建方法，其特征在于：所述物联网采用的无线传感器网络采用分簇结构，作为多个感知点的簇成员节点数据被采集和预处理，作为中间节点的簇融合节点通过簇成员节点的采样数据监视其行为，形成簇融合节点的信誉度，无线中继***对信誉度进行判别计算，并基于信誉度执行信息融合操作，且形成对融合结果的评价，所得的评价结果用于目标决策并利用无线通信加密传输。
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