[發明專利]一種無線傳感器網絡中的數據傳輸方法

有效

• 申請號: 201310254411.9
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103327530A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 熊繼平
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡，尤其涉及一種無線傳感器網絡中的數據傳輸方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Networks)是一種主要由大量的數據采集傳感器節點和數據中心基站所組成的網絡。分散在環境中的傳感器節點負責周期性地采集環境數據(比如溫度、濕度等信息)，并將采集到的數據通過無線傳輸的方式發送給數據接收端基站。

由于傳感器節點體積小，能夠承載的能量少，發送數據所消耗的能量是傳感器節點主要能量消耗原因之一。因此在確?；灸軌蚪邮盏阶銐蚨嗟臄祿耐瑫r，如何降低傳感器節點的數據發送量以盡量降低能量消耗是一個技術難題。

早期的解決方案主要是采用傳統的壓縮技術(比如小波變換等)對傳感器節點采集到的數據集合進行壓縮，傳感器節點只發送壓縮后的數據，從而減少了數據發送量，降低了發送數據所需能量。

但是，由于小波變換等算法較為復雜，運算復雜度高，增大了傳感器節點的運算能耗，降低于傳感器節點的生存周期，因此不適用于傳感器節點能量受限的場合。

在采樣壓縮技術對傳感器節點采集到的數據進行壓縮的技術方案下，如何降低傳感器節點上的壓縮算法的復雜度成為技術難點之一。由于傳感器節點通常部署在相同的區域，各個傳感器節點采集的環境信息往往具備空間和時間上的相關性。比如，一般而言，在空間上同一個區域的溫度在同一時刻數值都比較接近，陰影和光照等局部因素會少量的改變某些傳感器節點采集的溫度值。而在時間上，溫度的變換往往是連續的少量改變。正是由于這種數據的相關性，由多個傳感器節點采集的數據組成的矩陣(矩陣的不同的列為不同傳感器節點在同一時刻采集的數據，矩陣的不同的行由不同傳感器節點所采集的按時間順序排列的數據集構成)往往具有低秩或者近似低秩的特點?；谶@種特點，有研究學者提出了基于矩陣補全(Matrix?Completion，也稱為矩陣恢復)技術的數據壓縮方案，可以稱此方案為MC方案。在MC方案中，每個傳感器節點只采集并發送部分數據，由基站負責從部分數據中恢復出全部數據。此方案中，傳感器節點通過僅采集部分數據的方式實現了數據的壓縮，解決了傳統方案壓縮算法復雜的問題。

但是，本發明的發明人在實現本發明的技術方案時，發現MC方案的數據壓縮效率較為低下，有待于進一步提高壓縮效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服目前基于矩陣補全技術的數據壓縮方案中數據壓縮效率較低的不足。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種無線傳感器網絡中的數據傳輸方法，其中，該無線傳感器網絡中的傳感器節點執行如下內容：

根據本地存儲的隨機種子生成位置矢量；

利用位置矢量進行采集數據，得到數據矢量；

利用隨機二進制矩陣對該數據矢量進行壓縮感知線性編碼得到編碼矢量；

發送該編碼矢量。

其中，該位置矢量P_N的元素僅包含0或者1，其中元素1的個數為q個，為向下取整運算；λ為采樣率，取值范圍為(0，1)；N為該無線傳感器網絡中的單個傳感器節點應該采集的數據量；該隨機二進制矩陣B_p×q中的元素僅包含0或1，且該隨機二進制矩陣B_p×q的每列僅隨機的包含一個1；其中p大于等于1且p小于q。

其中，利用位置矢量進行采集數據，包括：

利用該位置矢量P_N中的元素值進行采集數據，該位置矢量P_N中的元素值為0時該傳感器節點不采集數據，該位置矢量P_N中的元素值為1時進行數據采集。

其中，利用該隨機二進制矩陣對該數據矢量進行壓縮感知線性編碼得到編碼矢量，包括：

根據表達式y_p＝B_p×q×x_q利用該隨機二進制矩陣B_p×q對該數據矢量x_q進行壓縮感知線性編碼得到該編碼矢量y_p。

其中，該方法包括：

利用該隨機種子生成該隨機二進制矩陣，或者利用該隨機種子生成該隨機二進制矩陣并預先存儲在傳感器節點中。

其中，該方法包括：

該傳感器節點發送該位置矢量。

本申請的實施例提供了一種無線傳感器網絡中的數據傳輸方法，其中，該無線傳感器網絡中的基站執行如下內容：