專利名稱：基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點(diǎn)間感知數(shù)據(jù)的相關(guān)性，對(duì)其進(jìn)行壓縮采樣的方法，能夠?qū)?shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)傳輸同時(shí)進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)全局信息的本地獲取，可以達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。
背景技術(shù)：
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)靠無(wú)數(shù)的傳感器節(jié)點(diǎn)連續(xù)不斷地傳感數(shù)據(jù)，然而，這些傳感器節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)既龐大又復(fù)雜，并且在時(shí)間和空間上面都具有很大的冗余性。傳統(tǒng)方法常利用 gossip傳輸協(xié)議算法將每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有考慮到節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性，這種直接傳輸節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的方法講給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)很大的通信負(fù)擔(dān)，這對(duì)能源受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。許多研究都已利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)間的相關(guān)性給出了更為高效的信息采集算法。例如，Sl印ian-Wolf模型逼近式算法和應(yīng)用于顯式通信的綜合算法，它們都解決了網(wǎng)絡(luò)相關(guān)數(shù)據(jù)收集的速率分配和傳輸結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化問(wèn)題；其他的研究還包括聯(lián)合源端編碼及路由策略，最短路徑樹(shù)的機(jī)會(huì)壓縮方法等。然而，這些方法都將給系統(tǒng)帶來(lái)很高的計(jì)算復(fù)雜度和巨大的通信開(kāi)銷。壓縮感知作為一種嶄新的采樣方法，能夠減少重構(gòu)整個(gè)信號(hào)所要求的觀測(cè)次數(shù)。 壓縮感知在通信領(lǐng)域里的應(yīng)用，尤其是無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，已在近幾年中得到了廣泛的研究。由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間感知數(shù)據(jù)的相關(guān)性，滿足了使用壓縮感知技術(shù)的前提。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對(duì)的無(wú)線傳感器網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)存在冗余的問(wèn)題，提出一種基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法，能夠?qū)?shù)據(jù)壓縮與數(shù)據(jù)采集同時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集，能夠有效降低數(shù)據(jù)的冗余和網(wǎng)絡(luò)的通信量。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是利用簡(jiǎn)單的gossip傳輸協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的隨機(jī)投影來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中的直接傳輸原始數(shù)據(jù)的方式，隨機(jī)投影以數(shù)據(jù)包的形式被傳輸，網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)既是信息的發(fā)送端也是信息的接收端，為防止數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中被無(wú)限次數(shù)傳輸，定義一個(gè)固定的最大允許跳數(shù) 7T￡，當(dāng)節(jié)點(diǎn)剩余允許跳數(shù)為零的節(jié)點(diǎn)，將不再轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包，而是提取出其中攜帶的信息生成壓縮感知技術(shù)能夠重建原始數(shù)據(jù)的必要信息，最后每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以利用這些信息計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)中其他所有節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)的估計(jì)值，從而實(shí)現(xiàn)全局信息的本地獲取。本發(fā)明假設(shè)一個(gè)有.Y個(gè)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)ID作為標(biāo)識(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)感知數(shù)據(jù)^需要傳輸給其他所有節(jié)點(diǎn)，其中 G {1.’·· 為節(jié)點(diǎn)的ID，用向量χ定義這個(gè)JV個(gè)數(shù)據(jù)的集合。我們希望達(dá)到的效果是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)間一定時(shí)間的通信，使得連接網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠得到Y(jié)個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，即能夠從任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得χ。傳統(tǒng)的方法是利用簡(jiǎn)單的gossip傳輸協(xié)議在節(jié)點(diǎn)間傳遞數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是容易造成消息冗余，網(wǎng)絡(luò)的通信負(fù)擔(dān)比較大。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明利用壓縮感知與 gossip傳輸協(xié)議相結(jié)合的方式，能夠在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)對(duì)冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，用傳輸數(shù)據(jù)的隨機(jī)投影代替?zhèn)鬏斣紨?shù)據(jù)，當(dāng)傳輸結(jié)束后在節(jié)點(diǎn)處根據(jù)收到的隨機(jī)投影利用壓縮感知中的數(shù)據(jù)重構(gòu)算法計(jì)算出*的估計(jì)值，實(shí)驗(yàn)證明，該估計(jì)值能夠以較高精度接近原始數(shù)據(jù)， 該方法能夠以更少的傳輸次數(shù)使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌泄?jié)點(diǎn)，從而達(dá)到減低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷的目的。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)全局信息本地獲取方法，其特征在于具體步驟如下
初始化每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)各自的感知數(shù)據(jù)·『.·與一個(gè)隨機(jī)數(shù)…相乘的乘積:ν'ι 二《W,+ ,并設(shè)置統(tǒng)一的最大允許跳數(shù)777.；
步驟1、數(shù)據(jù)包發(fā)送節(jié)點(diǎn)1在自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中隨機(jī)選擇λ個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)后，將數(shù)據(jù)包發(fā)送給這些節(jié)點(diǎn)；
步驟2、數(shù)據(jù)包更新收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)按如下的方式更新數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容將剩余允許跳數(shù) 減1，將自己的ID寫(xiě)入數(shù)據(jù)包中的經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表，提取出其中的觀測(cè)值，并將自己的感知數(shù)據(jù)乘以一個(gè)隨機(jī)數(shù)后與觀測(cè)值相加來(lái)更新觀測(cè)值.V 〃 + & ；
步驟3、數(shù)據(jù)包生存期判斷收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)判斷其中的允許剩余跳數(shù)I是否為零，如果是，轉(zhuǎn)到步驟4，如果否，轉(zhuǎn)到步驟1 ；
步驟4、構(gòu)造觀測(cè)矩陣Φ 節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中的經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表和觀測(cè)值〖I為自己的觀測(cè)矩陣Φ增加新的一行；
重復(fù)步驟上述步驟，直到:V個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包全部發(fā)送結(jié)束。步驟5、數(shù)據(jù)重構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自的觀測(cè)矩陣Φ和觀測(cè)值 利用正交匹配算法重構(gòu)原始數(shù)據(jù)。所述的壓縮感知是壓縮數(shù)據(jù)采集的一種新技術(shù)，它能避免大量的數(shù)字信息設(shè)置、 從獲取的信息中直接建立數(shù)據(jù)壓縮并且以比傳統(tǒng)理論觀測(cè)量更少的觀測(cè)次數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，并且能有效地降低信息采集中的能量消耗。所述的最大允許跳數(shù)777.是指所有數(shù)據(jù)包在產(chǎn)生時(shí)都被設(shè)置為一個(gè)統(tǒng)一的 7ΤΙ+值，用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)范圍，每被轉(zhuǎn)發(fā)一次，剩余允許跳數(shù) 就會(huì)減去 1，當(dāng) 二 0就結(jié)束轉(zhuǎn)發(fā)，
所述的數(shù)據(jù)包其結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)部分，分別為剩余允許跳數(shù) ——記錄該數(shù)據(jù)包還能被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，觀測(cè)值I/——記錄疊加的觀測(cè)值，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表——記錄該數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)的ID。所述的觀測(cè)矩陣是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包構(gòu)造出的矩陣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在算法結(jié)束時(shí)都將擁有各自不同的觀測(cè)矩陣，矩陣的每一行表示一個(gè)數(shù)據(jù)包從產(chǎn)生到轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)束時(shí)被傳輸?shù)穆窂?，行?shù)表示該節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)。一行中非零元素的個(gè)數(shù)等于最大允許跳數(shù)m,由于7TI遠(yuǎn)小于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，觀測(cè)矩陣中大部分元素為零，這樣的稀疏矩陣與傳統(tǒng)的壓縮感知所使用的隨機(jī)觀測(cè)矩陣相比，能夠大大降低數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)的計(jì)算復(fù)雜度。所述的隨機(jī)選擇λ個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存有各自的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于λ，在選擇發(fā)送目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將從自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中隨機(jī)選擇。λ是決定通信開(kāi)銷的重要參數(shù)，通信開(kāi)銷將隨著λ的增大而增大。
在所有數(shù)據(jù)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)束后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將構(gòu)造各自的觀測(cè)矩陣Φ， 的行數(shù)為該節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)W,列數(shù)為Φ的每一行#代表相應(yīng)的數(shù)據(jù)包從產(chǎn)生到 減為零的過(guò)程中經(jīng)過(guò)的路徑，用表示Φ的第·'行的第J個(gè)元素,其中不為零的元素代表該數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，為零則代表數(shù)據(jù)包未經(jīng)過(guò)，例如Φ2,3 Φ Π說(shuō)明該節(jié)點(diǎn)收到的第2個(gè)數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)過(guò)第3個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)包都結(jié)束轉(zhuǎn)發(fā)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)利用其中的信息生成觀測(cè)矩陣，根據(jù)觀測(cè)值重構(gòu)出原始數(shù)據(jù)的估計(jì)值i。最終結(jié)果是當(dāng)算法結(jié)束時(shí)，所有的節(jié)點(diǎn)都可以得到其他所有節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)。本發(fā)明中的基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集方法與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有的優(yōu)點(diǎn)
1.壓縮編碼的復(fù)雜度低節(jié)點(diǎn)只需要在隨機(jī)觀測(cè)矩陣上對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性投影，便可計(jì)算出壓縮后的觀測(cè)向量，對(duì)節(jié)點(diǎn)硬件要求低；
2.高效傳輸與普通的基于gossip傳輸協(xié)議的傳輸方式相比，可以減少發(fā)送冗余信息，降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命；
3.路由簡(jiǎn)單結(jié)合了傳統(tǒng)的gossip傳輸協(xié)議，可以在完全不知道全局信息的情況下進(jìn)行；
4.魯棒性較好隨機(jī)的發(fā)送方式可以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)狀態(tài)改變和鏈路失效的情況。利用壓縮感知的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)壓縮的同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到了節(jié)省節(jié)點(diǎn)收發(fā)能量，只需在接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，相當(dāng)于用接收端的一部分的計(jì)算量來(lái)?yè)Q取網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)的減低，對(duì)于目前大部分都擁有一定計(jì)算能力的節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，該方法優(yōu)于利用傳統(tǒng)的gossip傳輸協(xié)議的方式，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。


圖1本發(fā)明的實(shí)施例中傳輸數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2本發(fā)明的基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)全局信息本地獲取方法的流程圖。圖3在不同的和λ與節(jié)點(diǎn)重構(gòu)出全局信息的概率的關(guān)系的示意圖。圖4原始數(shù)據(jù)不同的稀疏度與節(jié)點(diǎn)能夠重構(gòu)出全局信息的概率的關(guān)系的示意圖。圖5本發(fā)明的傳輸過(guò)程中發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)包個(gè)數(shù)與gossip傳輸協(xié)議方式比較的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行試驗(yàn)，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，主要包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)定、算法的執(zhí)行過(guò)程以及性能分析。建立一個(gè)…X H〗的網(wǎng)絡(luò)，共有有個(gè)節(jié)點(diǎn)，為每個(gè)接點(diǎn)分配一個(gè)ID用以標(biāo)識(shí)。每
個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)各自的鄰居節(jié)點(diǎn)列表，其中至少有5個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)，并有一定的存儲(chǔ)、計(jì)算能力用
于存儲(chǔ)和更新收到的數(shù)據(jù)包。ID為t的節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)為網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)集合看作向量X。目的是當(dāng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)都能夠得到足夠精確的近似值。本基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)全局信息本地獲取方法，具體步驟如下 初始化每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)各自的感知數(shù)據(jù)ι與一個(gè)隨機(jī)數(shù) 相乘的乘
積 /丨二并設(shè)置統(tǒng)一的最大允許跳數(shù)ΤΓΛ ；
步驟1、數(shù)據(jù)包發(fā)送節(jié)點(diǎn)1在自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中隨機(jī)選擇、個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)后，將數(shù)據(jù)包發(fā)送給這些節(jié)點(diǎn)；
步驟2、數(shù)據(jù)包更新收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)按如下的方式更新數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容將剩余允許跳數(shù)i減1，將自己的ID寫(xiě)入數(shù)據(jù)包中的經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表，提取出其中的觀測(cè)值，并將自己的感知數(shù)據(jù)乘以一個(gè)隨機(jī)數(shù)后與觀測(cè)值相加來(lái)更新觀測(cè)值 /卜U +擬.；
步驟3、數(shù)據(jù)包生存期判斷收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)判斷其中的允許剩余跳數(shù)『是否為零，如果是，轉(zhuǎn)到步驟4，如果否，轉(zhuǎn)到步驟1 ；
步驟4、構(gòu)造觀測(cè)矩陣·節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中的經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表和觀測(cè)值Il為自己的觀測(cè)矩陣Φ增加新的一行；
重復(fù)步驟上述步驟，直到Α『個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包全部發(fā)送結(jié)束。步驟5、數(shù)據(jù)重構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自的觀測(cè)矩陣Φ和觀測(cè)值1/利用正交匹配算法重構(gòu)原始數(shù)據(jù)。重復(fù)步驟1一3，直到JV個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包全部發(fā)送結(jié)束。下面給出使用本實(shí)施例的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，我們用精確重構(gòu)概率(網(wǎng)絡(luò)中能夠精確重構(gòu)出全局接入信息的節(jié)點(diǎn)占網(wǎng)絡(luò)中總結(jié)點(diǎn)的百分?jǐn)?shù))來(lái)衡量本方法的性能。圖2給出了本方法中兩個(gè)決定通信開(kāi)銷的重要參數(shù)771和\與精確重構(gòu)概率的關(guān)系。如圖所示，當(dāng)固定時(shí)，精確重構(gòu)概率將隨著λ的增加而增加；甴、固定時(shí)，精確重構(gòu)概率將隨著7ΤΛ的增加而增加，即增加7Τ/4πλ中的任意一個(gè)都可以提高精確重構(gòu)概率。圖3給出了原始數(shù)據(jù)稀疏度Λ'與精確重構(gòu)概率的關(guān)系，試驗(yàn)參數(shù) Τ?！?= +·, λ = 3。如圖所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)稀疏度較小時(shí)，該方法所獲得精確重構(gòu)概率接近性能較好，但是隨著的增大，方法的性能將會(huì)變差。這就要求網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)間具有較大的相關(guān)性，這在節(jié)點(diǎn)密集排列的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是比較容易實(shí)現(xiàn)的。如圖4給出使用本發(fā)明的方法和gossip的網(wǎng)絡(luò)傳輸效率比較。從兩種方法的比較仿真圖中可以看出，當(dāng)決定網(wǎng)絡(luò)中通信數(shù)的TTi給定時(shí)，利用壓縮感知的新方法的精確重構(gòu)概率明顯高于利用傳統(tǒng)gossip傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，這在< 7時(shí)尤為明顯，當(dāng) TTL = 7時(shí)，利用壓縮感知技術(shù)的新方法的重構(gòu)概率已經(jīng)接近100%,也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)收到的隨機(jī)投影精確重構(gòu)出全局的感知數(shù)據(jù)，即此時(shí)只要任意選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)與之通信就可以得到所有節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)，而gossip傳輸協(xié)議方法此時(shí)只有不到 1() 的節(jié)點(diǎn)得到全局的接入信息，即無(wú)法通過(guò)任意選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)通信來(lái)獲得全局信息。只有當(dāng)m = y時(shí)，gossip才能使重構(gòu)概率達(dá)到ι( ％。
權(quán)利要求
1.一種基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法，其特征在于具體步驟如下初始化每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)數(shù)據(jù)包，存儲(chǔ)各自的感知數(shù)據(jù) Ii與一個(gè)隨機(jī)數(shù)Ctf相乘的乘積.V丨,并設(shè)置統(tǒng)一的最大允許跳數(shù)m ；步驟1、數(shù)據(jù)包發(fā)送節(jié)點(diǎn)1在自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中隨機(jī)選擇λ個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)后，將數(shù)據(jù)包發(fā)送給這些節(jié)點(diǎn)；步驟2、數(shù)據(jù)包更新收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)按如下的方式更新數(shù)據(jù)包中的內(nèi)容將剩余允許跳數(shù)I減1，將自己的ID寫(xiě)入數(shù)據(jù)包中的經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表，提取出其中的觀測(cè)值，并將自己的感知數(shù)據(jù)乘以一個(gè)隨機(jī)數(shù)后與觀測(cè)值相加來(lái)更新觀測(cè)值 / — !！ +似‘；步驟3、數(shù)據(jù)包生存期判斷收到數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)判斷其中的允許剩余跳數(shù) 是否為零，如果是，轉(zhuǎn)到步驟4，如果否，轉(zhuǎn)到步驟1 ；步驟4、構(gòu)造觀測(cè)矩陣·節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中的經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表和觀測(cè)值》為自己的觀測(cè)矩陣Φ增加新的一行；重復(fù)步驟上述步驟，直到X個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包全部發(fā)送結(jié)束；步驟5、數(shù)據(jù)重構(gòu)每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自的觀測(cè)矩陣■和觀測(cè)值S利用正交匹配算法重構(gòu)原始數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法， 其特征在于所述的最大允許跳數(shù)7Τ△是指所有數(shù)據(jù)包在產(chǎn)生時(shí)都被設(shè)置為一個(gè)統(tǒng)一的 7Ti值，用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)范圍，每被轉(zhuǎn)發(fā)一次，剩余允許跳數(shù)f就會(huì)減去 1，當(dāng)〖二0就結(jié)束轉(zhuǎn)發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法，其特征在于所述的數(shù)據(jù)包其結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)部分，分別為剩余允許跳數(shù) ——記錄該數(shù)據(jù)包還能被轉(zhuǎn)發(fā)的次數(shù)，觀測(cè)值ff——記錄疊加的觀測(cè)值，經(jīng)由節(jié)點(diǎn)列表——記錄該數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)的ID。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法，其特征在于所述的觀測(cè)矩陣是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包構(gòu)造出的矩陣，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在算法結(jié)束時(shí)都將擁有各自不同的觀測(cè)矩陣，矩陣的每一行表示一個(gè)數(shù)據(jù)包從產(chǎn)生到轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)束時(shí)被傳輸?shù)穆窂?，行?shù)表示該節(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)；一行中非零元素的個(gè)數(shù)等于最大允許跳數(shù)由于7Ti遠(yuǎn)小于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)，觀測(cè)矩陣中大部分元素為零，這樣的稀疏矩陣與傳統(tǒng)的壓縮感知所使用的隨機(jī)觀測(cè)矩陣相比，能夠大大降低數(shù)據(jù)重構(gòu)時(shí)的計(jì)算復(fù)雜度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法，其特征在于所述的隨機(jī)選擇λ個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)是指每個(gè)節(jié)點(diǎn)都保存有各自的鄰居節(jié)點(diǎn)信息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于A,在選擇發(fā)送目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)將從自己的鄰居節(jié)點(diǎn)列表中隨機(jī)選擇,λ是決定通信開(kāi)銷的重要參數(shù)，通信開(kāi)銷將隨著λ的增大而增大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于壓縮感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)全局信息本地獲取方法。該方法的主要特點(diǎn)有將原始數(shù)據(jù)投影到隨機(jī)的觀測(cè)矩陣上得到觀測(cè)值，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從高維到低維的轉(zhuǎn)換即數(shù)據(jù)壓縮；利用簡(jiǎn)單的gossip傳輸協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的觀測(cè)值來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中的直接傳輸原始數(shù)據(jù)的方式；當(dāng)傳輸結(jié)束后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以根據(jù)收到的觀測(cè)值利用壓縮感知中的數(shù)據(jù)重構(gòu)算法計(jì)算出全局信息的估計(jì)值，這樣就實(shí)現(xiàn)了全局信息的本地獲取。該方法比直接在網(wǎng)絡(luò)中傳輸原始數(shù)據(jù)方式可以大大降低通信數(shù)，即以更少的傳輸次數(shù)使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌泄?jié)點(diǎn)，從而達(dá)到減低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的目的。
文檔編號(hào)H04W40/24GK102164395SQ20111009885
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者李一風(fēng), 鄒君妮 申請(qǐng)人:上海大學(xué)