專利名稱：傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法及裝置、重構(gòu)方法及裝置的制作方法
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，特別涉及一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法及裝置、重構(gòu)方法及裝置。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于高密度的雷達(dá)陣列，電子圍墻、智能停車場等領(lǐng)域，面對復(fù)雜的感知環(huán)境，一個(gè)理想的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要傳感器節(jié)點(diǎn)具有較強(qiáng)的信號獲取、計(jì)算處理能力以及高能量儲(chǔ)存空間和高效穩(wěn)定的無線傳輸能力，但通常為滿足這些條件需要付出巨大的軟硬件代價(jià)，卻未必得到理想的效果?，F(xiàn)有技術(shù)中通常采用壓縮傳感技術(shù)進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號處理，圖I為現(xiàn)有技術(shù)中傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架示意圖，如圖I所示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在一個(gè)融合中心(Fusion Center，簡稱FC)，傳感器網(wǎng)絡(luò)中包含大量的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，分布在所要觀測的物理環(huán)境中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的最終目的節(jié)點(diǎn)都是FC，F(xiàn)C執(zhí)行數(shù)據(jù)的融合與重構(gòu)。假設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中有nw個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)為Xj，j代表第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)
點(diǎn)，j的取值范圍為，j = 1,2, , nwo將所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚在一起為=P1,...,,
稱為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)(network data)，如果節(jié)點(diǎn)數(shù)目較大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)Xw就會(huì)很大，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處理Xw 至少需要nw次通信，這對于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)和處理帶來很大困難，而且還關(guān)乎傳感數(shù)據(jù)的安全問題。如何既快速又有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和處理是現(xiàn)有的傳感器網(wǎng)絡(luò)迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何減小數(shù)據(jù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸量。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法，包括以下步驟SI :采集傳感器網(wǎng)絡(luò)中共nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)X」，其中， 1一11'_/+ = 1,2,...八，其中1 表示實(shí)數(shù)，采集到的數(shù)據(jù)屬于實(shí)數(shù)域，111)表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)&的維數(shù)，nw表示傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，j表示共nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；S2:應(yīng)用預(yù)設(shè)的隨機(jī)壓縮矩陣對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)&進(jìn)行壓縮處理，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每一次傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)壓縮數(shù)據(jù)\，并對所述\組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)
L =[n…人]T進(jìn)行傳輸次數(shù)的壓縮，得到mw個(gè)數(shù)據(jù)G ,其中i取值為i = I，2，···，mw，代
表i次傳輸，且mw < nw ;S3 :同時(shí)將nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)mw次傳輸發(fā)送至融合中心，每一次融合中心接收的數(shù)據(jù)為nw個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的mw個(gè)信號的混合，每個(gè)信號都是j = 1，2，. . .，nw個(gè)網(wǎng)
5絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)t的混合數(shù)據(jù)，表示為V=，其中上標(biāo)i為第i次傳輸，i的取值范
1J；=1
圍為i = 1，2，. . .，mw，共經(jīng)歷mw次傳輸，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)tw的傳輸。其中，所述隨機(jī)壓縮矩陣是由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子而隨機(jī)生成的mw個(gè)mpXnp階的高斯隨機(jī)矩陣 , 包含兩個(gè)隨機(jī)變量第一隨機(jī)變量為隨機(jī)壓縮矩陣Aj, j = 1,2, , nw，Aj是由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各自的物理地址作為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子所產(chǎn)生的nw個(gè)mpXnp維的隨機(jī)壓縮矩陣；第二隨機(jī)變量為是由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各自的物理地址作為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生
器的種子產(chǎn)生的Hlw個(gè)隨機(jī)數(shù)。其中，步驟S2具體包括利用隨機(jī)壓縮矩陣對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)\進(jìn)行壓縮處理的，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓縮數(shù)據(jù)tj = Aj ·χ」，其中下標(biāo)j代表第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，j的取值范圍為 j — I，2，· · ·，nw ;利用所述第二隨機(jī)變量O；.，壓縮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)tw的傳輸次數(shù)，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的第i次傳輸?shù)膲嚎s數(shù)據(jù)G =CC)t3 =^Aj -Xj淇中；Xj表示第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)， 所述節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj的維度為np。本發(fā)明還提供了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，用于重構(gòu)上述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法發(fā)送的數(shù)據(jù)，包括以下步驟Al :根據(jù)mw次融合中心接收到的數(shù)據(jù)yjP所述隨機(jī)壓縮矩陣的第二隨機(jī)變量 < 重構(gòu)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的壓縮數(shù)據(jù)tw ；A2 :根據(jù)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的壓縮數(shù)據(jù)、和所述隨機(jī)壓縮矩陣的第一隨機(jī)變量Aj, 應(yīng)用交替重構(gòu)算法，重構(gòu)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj。其中，融合中心根據(jù)事先預(yù)知的每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址，恢復(fù)所述隨機(jī)壓縮矩陣由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子隨機(jī)生成所述
aJ^j。其中,所述步驟Al具體包括融合中心接收到mw次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)f，i的取值范圍為i = 1,2,. . .，mw。應(yīng)用所述高斯隨機(jī)矩陣j = 1,2, . . .，nw的應(yīng)用第二隨機(jī)變量恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)壓縮數(shù)據(jù)tw，應(yīng)用壓縮傳
感算法，最小化數(shù)學(xué)運(yùn)算I1范數(shù)，應(yīng)用公式tw = argminltJi,約束條件為V = YjxYj，恢復(fù)
;=1
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匕=^,^,…,、]7。其中，所述步驟A2具體包括A2. I :第一次迭代，迭代次數(shù)iter = 1，初始化殘余矩陣Ritelr為所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)tw， 如Ritelr = tw，預(yù)設(shè)運(yùn)算的中間變量逼近矩陣L為mpXnw的全零矩陣；A2. 2 :第iter次迭代，迭代次數(shù)iter > 1，計(jì)算殘余矩陣Riter與所述隨機(jī)壓縮矩陣第一隨機(jī)變量 中相關(guān)度(相關(guān)度的概念是兩個(gè)向量做內(nèi)積的系數(shù)之和)最大的列號 inditer
權(quán)利要求
1.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其特征在于，包括以下步驟51:采集傳感器網(wǎng)絡(luò)中共1\個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj，其中，Xy eR'_/+ = l,2,..., w，其中R表示實(shí)數(shù)，采集到的數(shù)據(jù)屬于實(shí)數(shù)域，np表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)\的維數(shù)，nw表示傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，j表示共nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；52:應(yīng)用預(yù)設(shè)的隨機(jī)壓縮矩陣對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj進(jìn)行壓縮處理， 得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每一次傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)壓縮數(shù)據(jù)\_，并對所述\組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)I =[H··人]T進(jìn)行傳輸次數(shù)的壓縮，得到mw個(gè)數(shù)據(jù)其中i取值為i = I，2，···，mw，代表i次傳輸，且mw < nw ;53:同時(shí)將~個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)隊(duì)次傳輸發(fā)送至融合中心，每一次融合中心接收的數(shù)據(jù)為nw個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的mw個(gè)信號的混合，每個(gè)信號都是j = 1，2，. . .，nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)y的混合數(shù)據(jù)，表示為V = ，其中上標(biāo)i為第i次傳輸，i的取值范圍為1J；=1i = 1,2, , mw，共經(jīng)歷mw次傳輸，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)tw的傳輸。
2.如權(quán)利要求I所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其特征在于，所述隨機(jī)壓縮矩陣是由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子而隨機(jī)生成的mw AmpXnpM 的高斯隨機(jī)矩陣 包含兩個(gè)隨機(jī)變量第一隨機(jī)變量為隨機(jī)壓縮矩陣Aj, j = 1，2，...，nw，Aj是由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各自的物理地址作為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子所產(chǎn)生的~個(gè)mpXnp維的隨機(jī)壓縮矩陣；第二隨機(jī)變量為是由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)各自的物理地址作為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子產(chǎn)生的mw個(gè)隨機(jī)數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其特征在于，步驟S2具體包括利用隨機(jī)壓縮矩陣八」對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)\進(jìn)行壓縮處理的，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓縮數(shù)據(jù)tj = Aj ·χ」，其中下標(biāo)j代表第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，j的取值范圍為j =I，2，...，Hw;利用所述第二隨機(jī)變量壓縮整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)tw的傳輸次數(shù)，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的第i次傳輸?shù)膲嚎s數(shù)據(jù)G = ；Α; ·χ淇中；Xj表示第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，所述節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj的維度為np。
4.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，其特征在于，用于重構(gòu)如權(quán)利要求I 3中任一項(xiàng)所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法發(fā)送的數(shù)據(jù)，包括以下步驟Al :根據(jù)mw次融合中心接收到的數(shù)據(jù)yjP所述隨機(jī)壓縮矩陣的第二隨機(jī)變量重構(gòu)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的壓縮數(shù)據(jù)tw ；A2 :根據(jù)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的壓縮數(shù)據(jù)tw和所述隨機(jī)壓縮矩陣的第一隨機(jī)變量Ap應(yīng)用交替重構(gòu)算法，重構(gòu)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj。
5.如權(quán)利要求4所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，其特征在于，融合中心根據(jù)事先預(yù)知的每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址，恢復(fù)所述隨機(jī)壓縮矩陣由每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的物理地址作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子隨機(jī)生成所述
6.如權(quán)利要求5所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟Al具體包括融合中心接收到mw次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)y1，i的取值范圍為
7.如權(quán)利要求5所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法，其特征在于，所述步驟Α2具體包括Α2. I :第一次迭代，迭代次數(shù)iter = 1，初始化殘余矩陣Rite為所述網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)1，如Ritw=tw，預(yù)設(shè)運(yùn)算的中間變量逼近矩陣 -為％ 的全零矩陣；A2. 2 :第iter次迭代，迭代次數(shù)iter > 1，計(jì)算殘余矩陣Ritw與所述隨機(jī)壓縮矩陣第一隨機(jī)變量Aj中相關(guān)度最大的列號indltar "
8.如權(quán)利要求7所述的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其特征在于，所述門限值為
9.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送裝置，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集傳感器網(wǎng)絡(luò)中共nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)&，其中， 1一11'_/+ = 1，2，...，~，其中1 表示實(shí)數(shù)，采集到的數(shù)據(jù)屬于實(shí)數(shù)域，111)表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)&的維 數(shù)，nw表示傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，j表示共nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的第j個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；數(shù)據(jù)壓縮模塊，用于應(yīng)用預(yù)設(shè)的隨機(jī)壓縮矩陣對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)X]進(jìn)行壓 縮處理，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每一次傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)壓縮數(shù)據(jù)，并對所述tj組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)氣=[^2,…人]T進(jìn)行傳輸次數(shù)的壓縮，得到mw個(gè)數(shù)據(jù)，其中i取值為i = I，2， ，mw， 代表i次傳輸，且mw < nw ;數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于同時(shí)將nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的壓縮數(shù)據(jù)七.經(jīng)mw次傳輸發(fā)送至融合中心， 每一次融合中心接收的數(shù)據(jù)為^個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的mw個(gè)信號的混合，每個(gè)信號都是j = 1，.2，. . .，nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送壓縮數(shù)據(jù)的混合數(shù)據(jù)，表示為y，其中上標(biāo)i為第i次傳；=1輸，i的取值范圍為i = 1，2，. . .，mw，共經(jīng)歷mw次傳輸，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)tw的傳輸。
10.一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)裝置，其特征在于，用于重構(gòu)如權(quán)利要求9所述的傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送裝置發(fā)送的數(shù)據(jù)，包括發(fā)送次數(shù)重構(gòu)模塊，用于根據(jù)mw次融合中心接收到的數(shù)據(jù)yi和所述隨機(jī)壓縮矩陣的第 二隨機(jī)變量重構(gòu)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的壓縮數(shù)據(jù)tw ；發(fā)送數(shù)據(jù)重構(gòu)模塊，用于根據(jù)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的壓縮數(shù)據(jù)tw和所述隨機(jī)壓縮矩陣的第 一隨機(jī)變量A」，應(yīng)用交替重構(gòu)算法，重構(gòu)所述傳感器網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)Xj。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送方法，涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，傳感器網(wǎng)絡(luò)中共包含nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，包括步驟S1S1采集傳感器網(wǎng)絡(luò)中共nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)xj；S2應(yīng)用預(yù)設(shè)的隨機(jī)壓縮矩陣對每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)xj進(jìn)行壓縮處理，得到每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的每一次傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)壓縮數(shù)據(jù)tj，并對所述tj組成的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸次數(shù)的壓縮，得到mw個(gè)數(shù)據(jù)其中i取值為i＝1，2，...，mw，代表i次傳輸，且mw＜nw；S3同時(shí)將nw個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的壓縮數(shù)據(jù)經(jīng)mw次傳輸發(fā)送至融合中心。在融合中心，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)重構(gòu)方法恢復(fù)原始每個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)xj。本發(fā)明減小了數(shù)據(jù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳輸和處理的數(shù)據(jù)量。
文檔編號H04W84/18GK102594515SQ20121009125
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者杜冰, 陸建華 申請人:清華大學(xué)