[發(fā)明專利]一種基于稀疏化處理的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列壓縮方法

有效

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• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108810553B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)軍;范歡歡
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H04N19/70
• 分類號: H04N19/70;H04N19/172
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發(fā)明公開了一種基于稀疏化處理的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列壓縮方法。本方法包括序列稀疏化處理和稀疏序列編碼兩個(gè)過程。根據(jù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)之間存在的時(shí)間相關(guān)性以及序列局部時(shí)間相關(guān)性強(qiáng)于整體時(shí)間相關(guān)性，引入序列相關(guān)性重排和差分運(yùn)算消除相鄰監(jiān)測數(shù)據(jù)之間時(shí)間冗余，通過前綴偏移編碼和相鄰位異或運(yùn)算對數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏化處理，再通過稀疏編碼進(jìn)一步去除序列中的冗余。本方法能有效地減少無線通信數(shù)據(jù)量，降低移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能耗，延長移動(dòng)節(jié)點(diǎn)使用周期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于稀疏化處理的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列壓縮方法。

背景技術(shù)

隨著全球化信息進(jìn)程和無線通信技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)從人與人之間，發(fā)展到物與物之間的通信。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引起了越來越多的關(guān)注，各行業(yè)對信息化也提出了更高的要求，對信息化的認(rèn)識也由原先單純的數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化以及無線化相結(jié)合，行業(yè)信息化建設(shè)不斷深入，通過無線遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)可以提升效率、降低成本，且采取多次采集一次傳輸?shù)姆绞接欣诜?wù)器對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。由于無線傳輸距離較遠(yuǎn)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)多由干電池進(jìn)行供電，研究如何減少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能耗，延長節(jié)點(diǎn)生命周期十分必要。

數(shù)據(jù)壓縮是移動(dòng)節(jié)點(diǎn)節(jié)能的方式之一，通過消除節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)冗余減少通信數(shù)據(jù)量，不僅可以減少能耗，還能有效解決網(wǎng)絡(luò)擁塞的問題，提高帶寬利用率和傳輸效率，在很多應(yīng)用中已得到廣泛的應(yīng)用。然而，除能量受限外，存儲(chǔ)空間和計(jì)算處理能力也受到限制。這就對運(yùn)行在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)上的算法程序的規(guī)模和計(jì)算復(fù)雜度提出了一定的要求。如何利用有限的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間，設(shè)計(jì)無損數(shù)據(jù)壓縮算法，節(jié)約節(jié)點(diǎn)的能量，延長節(jié)點(diǎn)生命周期是設(shè)計(jì)者迫切需要考慮的問題。

傳統(tǒng)的無損數(shù)據(jù)算法可以分為基于統(tǒng)計(jì)特性的數(shù)據(jù)壓縮和基于字典的數(shù)據(jù)壓縮。基于統(tǒng)計(jì)特性的算法經(jīng)典算法有哈夫曼編碼。哈夫曼編碼根據(jù)符號出現(xiàn)概率，構(gòu)造一棵最優(yōu)哈夫曼樹，對出現(xiàn)概率高的符號采用較短的代碼代替，對概率低的符號采用長代碼代替，使得哈夫曼編碼的平均長度最短。基于字典的數(shù)據(jù)壓縮是在Lempel和Ziv提出的LZ77和LZ78編碼的基礎(chǔ)上衍生出的一系列的算法，如LZW、LZMW、S-LZW等。字典編碼利用字典的方式對字符串直接編碼，使每個(gè)字符串直接對應(yīng)于一個(gè)標(biāo)識，字典編碼又可根據(jù)字典生成方式分為靜態(tài)字典(初始化字典固定不變)和動(dòng)態(tài)字典(根據(jù)讀入數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)生成和維護(hù))。但不管是哈夫曼編碼還是字典編碼，都是通用型壓縮方式，未考慮數(shù)據(jù)內(nèi)容，且均需要額外的內(nèi)存開銷，當(dāng)構(gòu)建的字典和哈夫曼樹過大時(shí)，查詢時(shí)效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是設(shè)計(jì)一種基于稀疏化處理的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列壓縮方法，其復(fù)雜度低，易移植于能量、內(nèi)存和計(jì)算能力有限的無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)終端移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。該壓縮方法能對移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列進(jìn)行有效的壓縮，降低通信數(shù)據(jù)量，降低移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能耗，延長移動(dòng)節(jié)點(diǎn)使用周期，且服務(wù)器能對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行無損還原。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：針對無線遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測多個(gè)環(huán)境變量數(shù)據(jù)，降低移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能耗和提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率而發(fā)明。本發(fā)明結(jié)合了數(shù)據(jù)內(nèi)容之間的時(shí)間相關(guān)性，提出了一種基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列的稀疏化處理方法和稀疏序列壓縮方法。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于稀疏化處理的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)序列壓縮方法，壓縮過程包含序列稀疏化處理和稀疏序列編碼兩個(gè)過程，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

a)序列稀疏化處理

(a-1)、移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)幀格式，獲取本次上傳周期內(nèi)序列采集次數(shù)m和單次采集序列中變量個(gè)數(shù)n。構(gòu)建初始序列矩陣A。

(a-2)、對初始序列矩陣A進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，得到的轉(zhuǎn)置矩陣稱為相關(guān)性重排矩陣A^T。