[發明專利]一種針對傳感器網絡的數據壓縮及存儲方法

有效

• 申請號: 201410039340.5
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103888997B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 沈龍強;黃宏強
• 申請（專利權）人: 廣采網絡科技（上海）有限公司
• 主分類號: H04W28/06
• 分類號: H04W28/06;H04W84/18
• 代理公司: 上海申浩律師事務所31280
• 代理人: 樂衛國

技術領域

本發明涉及數據壓縮技術領域，具體地說，特別涉及到一種針對傳感器網絡的數據壓縮及存儲方法。

背景技術

無線傳感器網絡（WSN）由部署在監控區域內大量的相同或者不同的傳感器節點組成，通過無線通信自組織形成一個多跳的動態拓撲網絡系統。無線傳感器網絡在國防軍事、環境監控、智能家居、醫療健康和工業控制領域有廣泛的應用前景。大規模無線傳感器網絡數據采集主要采用基于分簇（cluster）的網絡結構。簇內各工作節點把采集到的數據傳送到簇頭，簇頭將數據壓縮處理之后向上一級簇頭傳送，直至基站。

對于無線的傳感器網絡，一般為移動電源，功耗問題成為了限制無線傳感器網絡連續工作的瓶頸。現有傳感器網絡一般包含數據采集模塊和數據發送模塊，通過無線通信把數據發送給服務器消耗了大部分功率。

現有技術中有利用小波變換壓縮或者變長編碼壓縮。該種技術的缺陷在于：現有傳感器網絡模塊越來越多樣化，采集的數據特征各有不同，采用一種數據壓縮方式不能往往達到最佳的數據壓縮效果。

現有發明中的研究方法專注于數據壓縮率，提出的算法計算復雜度較高。計算復雜度高會導致CPU運算量增大，也會導致功耗增加。

發明內容

本發明的實際目的在于：提供一種針對傳感器網絡的數據壓縮及存儲方法，通過采用行列嵌套的數據存儲方式，以解決上述問題。

本發明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現：

一種針對傳感器網絡的數據壓縮及存儲方法，包括如下步驟：

1）初始化，所述初始化包括啟動傳感器網絡、設置傳感器網絡參數，并建立數據壓縮算法庫，以滿足不同數據的壓縮需求；

2）子節點采集多個傳感器的數據，并將其按照列格式存儲，即每一類數據存儲為一個列；然后根據每一列數據的特征，從數據壓縮算法庫中選取最佳的數據壓縮算法進行壓縮，并將壓縮過的數據上傳至父節點；

3）父節點接收多個子節點上傳的數據包，然后對數據包的特性選擇；若每個子節點上傳的數據差別較大，表明進一步壓縮的效率很低，則無需進行進一步壓縮，將每一個子節點上傳的數據當做一行存儲，即行列嵌套的方式進行存儲；若各個子節點上傳的數據某些列相似性較大，則父節點將子節點的數據中相似的列進行解包，組合成一個列，進行進一步壓縮存儲；然后將數據向上一級父節點上傳，直至簇頭；

4）簇頭根據數據特性，直接行列嵌套的方式存儲，或者解包按列格式進一步壓縮存儲，直至完成數據的最終壓縮存儲；

5）簇頭將最終壓縮完成的數據上傳至基站。

在經過上述步驟后，簇頭或者父節點數據的存儲方式均有兩種方式，即行列嵌套的格式和列格式。每經過一級上傳，行列的嵌套格式可能加深一層。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1、本發明通過建立數據壓縮算法庫，對不同的數據根據其特征采用不同的數據壓縮算法，能夠對數據達到數據壓縮率和計算復雜度的最佳組合。此外，通過對算法庫的更新，可以加入新的效率更高的算法，也可以適應新加入的傳感器模塊的數據壓縮。

2、通過行列嵌套的數據壓縮方式，可以使父節點或者簇頭方便地存儲來自于子節點的數據，對于各個子節點相似度不大的數據，不進行解包，直接按照行列嵌套的格式進行存儲。對于各個子節點相似度大的數據，解包后合并為新的列，進一步壓縮。這種數據壓縮及存儲方式將數據的壓縮率和計算復雜度進行綜合考慮，達到最優的效果。

附圖說明

圖1為本發明的傳感器網絡結構示意圖。

圖2為本發明的數據壓縮流程示意圖。

圖3為本發明的行列嵌套的數據存儲方式示意圖。

圖4為本發明的三層網絡簇頭數據存儲結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

本發明所述的數據壓縮及存儲方法，是基于如圖1所示的傳感器網絡結構，101為多個傳感器，采集多種信息。可以包含多種類型，如溫度、濕度、光強、GPS位置、壓力、振動、加速度等。102為子節點，接收多個傳感器發送的數據，按列格式壓縮存儲數據，并將數據進一步上傳至父節點103。父節點再進一步壓縮，將數據傳送給簇頭104，簇頭進一步壓縮之后，再傳送至基站。