[發明專利]無線傳感器網絡環境監測中基于壓縮傳感的數據收集方法

有效

• 申請號: 201210284944.7
• 申請日: 2012-08-06
• 公開（公告）號: CN102843757A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 孔令和;劉小洋;薛廣濤;伍民友
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W52/02
• 分類號: H04W52/02;H04W84/18
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 樊昕

1.一種無線傳感器網絡環境監測中基于壓縮傳感的數據收集方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：在一個O周期開始時，所有節點將上一個C周期所采集并存儲著的數據都收集到匯聚節點；

步驟2：在這個O周期的每一個時間槽中，每一個節點都采集一次環境數據，并將數據傳輸給匯聚節點；

步驟3：匯聚節點在這個O周期結束前，以本周期內所有節點采集到的數據為基礎做數據分析，判斷下一個C周期中無線模塊持續關閉的時間槽長度t₆和采集概率p的數值是否可以被預測；

步驟4a：若所述步驟3的判斷結構是否定的，即按判斷不可被估算，則跳過C階段，直接進入下一個O周期；

步驟4b：若所述步驟3的判斷結構是肯定的，即按判斷可以被估算，則計算緊接著的C周期的無線模塊持續關閉時間槽t₆和采集概率p的具體數值，并廣播給所有節點，然后進入步驟5；

步驟5：所有節點進入到C周期，關閉無線模塊；在總長為t₆的周期中的每一個時間槽中，每一個節點都以概率p進入半休眠狀態，采集數據后存儲在本地；其它時間槽均處在休眠狀態；直到C周期結束為止；然后重新回到所述步驟1，開始新的周期交替過程；

其中，O周期為無線模塊開啟周期，C周期為無線模塊開啟周期。

2.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡環境監測中基于壓縮傳感的數據收集方法，其特征在于，所述步驟3包括子步驟：通過判斷無線模塊持續開啟的時間槽長度t_o段內所收集的環境矩陣X的秩的時間序列R是否可以被預測來確定t₆和p是否可被預測。

3.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡環境監測中基于壓縮傳感的數據收集方法，其特征在于，所述步驟4b中的計算緊接著的C周期的無線模塊持續關閉時間槽t₆包括子步驟：

-R序列預測步驟：根據O周期內收集來的數據建立矩陣計算此矩陣的秩的時間序列確定秩的時間序列是否可預測，若可預測，則預測之后任一時間槽數據矩陣的秩其中τ＞t_o，即

-秩誤差序列預測步驟：建立秩誤差序列E1*to=(ej)1*to=(0,r2-r^2,r3-r^3,...,rto-r^to),]]>其中任一是由ARIMA模型基于序列(r₁，r₂，...，r_τ-1)預測而得的；誤差序列建立后，仍然利用ARIMA模型預測之后任一時間槽誤差序列的值其中τ＞t_o，即

-計算t₆步驟：先定義累積誤差也就是說在時間槽j的累積誤差是從時間槽t_o+1到時間槽j的所有預測誤差的總和；給定一個置信空間系數ζ，ζ的取值在0~100%之間；因此t₆＝max(j)-t_o，其中j滿足同時在時間槽j的秩也得到。

4.根據權利要求1所述的無線傳感器網絡環境監測中基于壓縮傳感的數據收集方法，其特征在于，所述步驟4b中的計算緊接著的C周期的采集概率p包括子步驟：

-令總收集的數據量符合K≥β·r·log₂(n?·t/r)，其中β是一個常系數，r是矩陣的秩，n是矩陣的行數即傳感器節點數目，t是矩陣的列數即時間槽數目，且K的收集在矩陣中符合隨機分布；在一個OC交替周期內t＝t_o+t₆；矩陣的秩由預測所得并保有置信區間，得到代入得K≥β·r^tθ·(1+ζ)·log2(n·(to+tθ)/(r^tθ·(1+ζ)));]]>

-傳感器節點分成O周期和C周期，在O周期至少采集量為K·t_o/(t_o+t₆)，在C階段至少采集量為M＝K·t₆/(t_o+t₆)，則采集概率能夠計算得到為p＝M/(n·t₆)；將M和K代入，得到

p≥1n·(to+tθ)·β·r^tθ·(1+ζ)·log2(n·(to+tθ)r^tθ·(1+ζ));]]>

-通過公式基于O周期收集的所有數據計算β，其中是矩陣的秩；其中K_o是未知數，取值范圍為1≤K_o≤(n·t_o)；K_o是滿足的最小采集量，基于O周期數據遍歷得到；

-將β代入公式p中，得到min(p)的值。