[發明專利]一種基于分布式存儲的無線傳感網的數據融合方法

有效

• 申請號: 201310534263.6
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103781116B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 宮博;程鵬;柳寧;歸琳
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04L29/08
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張澤純

技術領域：

本發明涉及一種基于分布式存儲的無線傳感網的數據融合方法，屬于無線通信技術領域。?

背景技術：

無線傳感網中的傳感器節點是由電池供電的。在大多數情況下，其工作環境惡劣且節點數量很大，很難更換電池，使網絡能量受到較大限制，數據收發則是網絡能量的主要開銷。而傳感器節點的部署和時域采樣一般非常密集，致使相鄰節點和相鄰時隙的采樣數據有很大的相關性，造成大量數據冗余，增加通信能耗。數據融合是一種能夠有效解決上述問題的多源數據處理技術，其基本思想分為兩個層次，其一為在數據采集過程中，利用傳感節點自身的計算和存儲能力，對數據進行處理；其二為將來自多個不同節點的數據做進一步的處理，以消除冗余，減少節點收發數據量。因此，高效的數據融合技術對提高通信效率和能量效率，延長網絡壽命至關重要。?

近年來提出的分布式存儲的無線傳感網得到了廣泛關注，相對于傳統的有中心的無線傳感網，它取消了所有源節點向匯聚節點傳輸數據的過程，取而代之的是節點間以概率廣播的方式擴散數據。其數據融合采用的是網絡編碼與壓縮感知相結合的方案，具體的處理方式有：可壓縮的數據存儲(CStorage)，已發表于Proc.2011IEEE?GLOBECOM，該方案結合了隨機線性網絡編碼和壓縮感知算法，隨機線性網絡編碼的應用減少了數據擴散過程需要的時間和產生的冗余，壓縮感知利用了網絡節點間數據的相關性，減少了收發數據量；基于分布式存儲的可壓縮網絡編碼(CNCDS)，已發表于IEEE?Trans.Wire.Commu，vol.PP，no.99，pp.1-13，Sep.2013，該方案是CStorage的改進，通過優化數據包的結構，提高了繼而用于壓縮感知算法的測量矩陣的行相關性，進一步減少了收發數據量，提高?了網絡能效。以上兩種方案在數據擴散過程中對其進行編碼，并存儲編碼系數，節點下標及編碼結果，進而通過訪問部分節點，提取其存儲數據，利用壓縮感知的數學模型，恢復所有節點的原始感知數據。?

上述方案利用了各傳感節點采樣數據間的相關性，大大減少了收發的數據量，實現了數據的高效傳輸，但是忽略了每個節點相鄰時隙采樣數據的相關性，在各個時隙上以相同方式重復數據擴散，導致不必要的能量開銷。?

發明內容：

本發明的目的在于彌補上述方案存在的不足，提出一種在空時二維上聯合應用壓縮感知的數據融合技術，稱為空時可壓縮網絡編碼(ST-CNC)。該方法去除數據空域和時域上相關性，減少冗余和收發數據量，提高了網絡能效。?

本發明應用于分布式存儲的無線傳感網中，現有方案充分利用了空域上各節點間數據的相關性，卻忽視了時域上各時隙間數據的相關性，因此，可以提出一種在空時二維上對數據進行壓縮的數據融合技術，該方法結合網絡編碼與二維數據的壓縮感知，以減少網絡冗余和收發數據量。分布式存儲的無線傳感網中的空時二維數據融合方法可以表示為以下步驟：?

①生成隨機矩陣D，作為時域測量矩陣，其維數為M_T×N_T，N_T為所取的時隙總數，M_T為時域采樣點數；?

②設全網有N個節點i，i＝1，2，..N，各節點i形成各自的初始化數據包，每個初始化數據包由三個域構成，第一個域為隨機系數第二個域為節點下標i；第三個域為隨機系數、時域測量矩陣和節點獲取矢量的乘積其中，X是維數為N×N_T的二維矩陣，表示全網節點在各時隙上獲取的數據，X(i，：)是指X的第i行，表示節點i在各時隙的數據；?

③隨機選擇S個節點作為源節點；?

④源節點j尋找其所有鄰居節點，設節點q為所有鄰居節點的其中之一，當鄰居節點q第二個域與源節點j第二個域無交集，即滿足判斷條件r(q).a₂∩r(j).a₂=φ，則進行數據包廣播，即該接收節點q進行如下操作：?

(1)將源節點j向接收節點q發送的接收數據包的第一個域和第二個域分別與接收節點q形成的初始數據包的第一個域和第二個域合并，?

r(q).a₁=[r(q).a₁,r(j).a₁]，r(q).a₂=[r(q).a₂,r(j).a₂]；?