[發明專利]基于網絡編碼與壓縮感知的多元域數據恢復方法

有效

• 申請號: 201710250624.2
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106992842B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 劉星成;曹凱
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L29/06
• 代理公司: 廣州潤禾知識產權代理事務所(普通合伙) 44446
• 代理人: 凌衍芬

本發明涉及基于網絡編碼與壓縮感知的多元域數據恢復方法(Non?binary Data Recovery Based on Network Coding and Compressed Sensing,NBDR?NC)，利用了無線傳感器網絡中傳感器節點數據的稀疏性以及無線通信的廣播特性，通過對稀疏數據的壓縮對源數據包進行壓縮而節省了數據傳輸所需的能量；還通過多個中繼節點傳輸數據包，即一發多收的方式降低了因單條無線鏈路問題而導致通信失敗的概率，提高了數據包的傳輸可靠性；在目的節點(數據融合端)，對接收網絡壓縮數據包采用在有限域下的聯合壓縮感知和網絡編碼的迭代譯碼算法，能夠以較低復雜度重建源稀疏數據。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡領域，具體涉及一種基于網絡編碼與壓縮感知的多元域數據恢復方法。

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network,WSN)交叉融合了嵌入式系統、無線通信技術及計算機網絡技術等高新技術，應用前景廣闊。近年來，無線傳感器網絡的通信和協議設計已經得到了廣泛的研究，并常應用于國防軍事、環境監測、交通管理等諸多國際上備受關注的熱點研究領域中，然而無線傳感器網絡還具有節點存儲容量與節點能量等資源受限的特征，因此，如何降低采集的數據量，從而減少各個節點能量的消耗、增加網絡的通信容量和數據傳輸可靠性以及提高網絡的生存壽命，一直是研究的熱點。

網絡編碼理論在2000年由Ahlswede和Cai等人提出，它對網絡的相關理論研究和實際應用都產生了深刻的影響。網絡編碼是一種特殊的網絡數據處理技術，它利用了廣播通信信道的特性來提升網絡的吞吐量，引入了多樣性和冗余度來對抗拓撲結構的動態變化。在無線網絡編碼技術支持下，網絡的節點除了發送和接收數據外，還被允許對所收到的多個數據包進行編碼，然后將經過編碼的數據包發送到通信鏈路上。無線網絡編碼可以提高網絡的吞吐量和魯棒性。S.R.Li等人證明了：在有限域中，只要域足夠大，則通過合適的線性網絡編碼，就能使組播傳輸達到最大流量。Ho.T等人提出了隨機網絡編碼方法，即中間節點在一個有限域內隨機選擇一組元素作為系數對所接收到的信息進行編碼，并證明了：只要有限域足夠大，這種方法的失敗率就可以很低。

壓縮感知理論是針對稀疏或可壓縮信號，在采樣的同時即可對信號數據進行適當壓縮的新理論，這使其在信號處理領域有著突出的優點和廣闊的應用前景。在數據采集和信號處理中，壓縮傳感理論突破了傳統香農定理的局限性，通過改變數據采集模式，實現了傳統理論的進一步發展與創新；利用數據之間的相關性，極大地減少了網絡中數據的傳輸和存儲；結合適當的路由協議，改善了整個網絡的通信容量、延時以及網絡生存壽命等問題。

無線傳感器網絡的主要任務是收集節點的測量數據，然后將它們傳輸到遠端的匯聚節點。傳感器節點經常部署在無人監管甚至是嚴酷的環境下，由于障礙干擾、斷鏈或者節點故障等原因，WSN網絡的拓撲結構就會經常發生改變。此外，大部分傳感器數據需要多跳傳遞以到達匯聚節點，因此，在設計無線傳感器網絡的傳輸策略的時候，主要問題是在克服網絡動態特性的同時，能夠充分利用無線傳感器網絡的廣播特性，以實現數據的高效率傳遞。