[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多重主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010140258.3
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101848529A
• 公開（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳分雄;文飛;劉俊;沈耀東;肖萬源;陳春暉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(武漢)
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 武漢華旭知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 42214
• 代理人: 劉榮

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)壓縮方法，具體是一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多重主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當前在國際上備受關(guān)注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領(lǐng)域。傳感器技術(shù)、微機電系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信等技術(shù)的進步，推動了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)擴展了人們信息獲取能力，將客觀世界的物理信息同傳輸網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在下一代網(wǎng)絡(luò)中將為人們提供最直接、最有效、最真實的信息，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，可廣泛地應(yīng)用于軍事國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測、搶險救災(zāi)、危險區(qū)域遠程控制等領(lǐng)域，已經(jīng)引起了許多國家學術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點體積微小，通常攜帶能量十分有限的電池，在很多情況下更換電池代價過高，通信開銷常常比計算開銷高幾個數(shù)量級，傳輸1bit數(shù)據(jù)所消耗的能量大約相當于執(zhí)行1000條CPU指令，若無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集節(jié)點將所有的觀測值發(fā)送給網(wǎng)關(guān)Sink節(jié)點，不僅浪費了通信的帶寬和自身的能量，也會使大量數(shù)據(jù)包進入無線網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生擁塞，并使整個網(wǎng)絡(luò)的能量急劇減少，使信息收集的效率大大降低。由于同一區(qū)域內(nèi)相鄰傳感器節(jié)點在同一段時間內(nèi)所采集到的觀測值之間具有較高的相關(guān)性，對觀測值進行數(shù)據(jù)壓縮后再發(fā)送給網(wǎng)關(guān)Sink節(jié)點，可顯著減少通信開銷，降低傳感器節(jié)點的能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)壓縮方法成為本領(lǐng)域研究熱點之一。

現(xiàn)有的采用單次主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法，只能消除在一段時間內(nèi)同一簇內(nèi)不同節(jié)點所采集數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，而無法消除同層路由上相鄰簇首數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，總數(shù)據(jù)壓縮比低，通信開銷大，傳感器節(jié)點的耗能多，網(wǎng)絡(luò)生命周期十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多重主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法，能夠有效地解決了單次主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法，只能消除在一段時間同一簇內(nèi)不同節(jié)點所采集數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，而無法消除同層路由上相鄰簇首數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性的問題，同時提高總數(shù)據(jù)壓縮比，降低通信開銷和傳感器節(jié)點的耗能，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多重主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法，具體包含以下步驟：

步驟一、將無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到簇首，簇首接收到采集數(shù)據(jù)的同時將無線傳感網(wǎng)絡(luò)第j個節(jié)點在第i次采集的數(shù)據(jù)記錄為d_ij，并將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采集的所有數(shù)據(jù)d_ij組成矩陣D_ij；

步驟二、簇首對數(shù)據(jù)矩陣D_ij進行主成分分析，計算滿足數(shù)據(jù)重構(gòu)精度要求的矩陣D_ij的投影矩陣E，提取矩陣D_ij的主成分PCs，

步驟三、將投影矩陣E和主成分PCs發(fā)送到上一級簇首；

步驟四、上一級簇首對主成分PCs進行主成分分析，計算滿足數(shù)據(jù)重構(gòu)精度要求的主成分PCs矩陣D′_ij的投影矩陣E′，并提取矩陣D′_ij的主成分PCs′；

步驟五、重復(fù)兩次或兩次以上執(zhí)行步驟三和步驟四，直到投影矩陣和主成分發(fā)送到sink節(jié)點完成數(shù)據(jù)壓縮。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多重主成分分析數(shù)據(jù)壓縮方法，其特征在于：求解所述步驟二中數(shù)據(jù)矩陣的投影矩陣和主成分PCs的方法為：

(1).對數(shù)據(jù)矩陣D_ij進行去均值處理，求解中心差異矩陣R_ij中的每一個元素r_ij，其計算公式為：

rij=dij-1MΣi=1Mdij]]>

式中：1≤i≤M，1≤j≤N，其中M為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)總次數(shù)，N為無線網(wǎng)絡(luò)傳感器總節(jié)點數(shù)；