[發明專利]一種基于矩陣填充的水聲傳感器網絡環境數據采集方法

有效

• 申請號: 202110602559.1
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113375788B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 殷敬偉;鄭茂醇;韓笑;孫瑤;生雪莉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于矩陣填充的水聲傳感器網絡環境數據采集方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據觀測網絡的歷史數據，獲取采樣率p、網絡傳感器節點數量N、總時隙T、重建窗口時隙數M，傳感器節點編號k范圍從1至N，將全部傳感器節點的集合記為R；初始化j＝0、k＝1；其中，p≤0.5；

步驟2：Sink節點設置采樣時隙分配矩陣W、采樣數據矩陣Y和重建數據矩陣U，W、Y和U的維度均為N×T，然后執行步驟3至9；

步驟3：設置規劃時隙為i＝1；設置每個輪次的時隙數量為ceil(·)表示向上取整；

步驟4：計算當前規劃時隙i所處能量均衡周期輪次t；

步驟5：若則執行步驟6；若則執行步驟7；

步驟6：若當前規劃時隙i處于本輪次t的第1至c-1個時隙內，則隨機從傳感器節點集合A＝{k∈R|G_k＝0}中隨機選擇pN個傳感器節點作為采樣點；若當前規劃時隙i處于本輪次t的第c個時隙，則首先在傳感器節點集合B＝{k∈R|S_k＝t,G_k＝1}中隨機選擇pNc-N個傳感器節點作為采樣點，然后在選擇集合A中全部的傳感器節點作為采樣點；結束后執行步驟8；

其中，S_k表示傳感器節點k在當前規劃能量均衡周期內被采集的次數，在每個能耗均衡周期開始時所有傳感器節點的S_k值設置為0；G_k表示傳感器節點k是否已在本時隙內采樣，在每個輪次t開始時，所有傳感器節點的G_k值設置為0，若在當前規劃時隙i內傳感器節點k進行采樣則設置G_k＝1，S_k＝S_k+1；

步驟7：若當前規劃時隙i處于本輪次t的前c-1時隙內，則從傳感器節點集合C＝{k∈R|S_k＝t+1,G_k＝0}中隨機選擇個傳感器節點作為采樣點,在傳感器節點集合D＝{k∈R|S_k＝t}中隨機選擇個傳感器節點作為采樣點；若集合D中傳感器節點數量不足，則從集合E＝{k∈R|S_k＝t+1,G_k＝1}中選擇剩余數量的點；若當前時隙i處于本輪次t的第c個時隙，則將集合F＝{k∈R|S_k＝t+1}中的點全部作為采樣點；結束后執行步驟8；其中，floor(·)表示向下取整；

步驟8：若傳感器節點v在被本規劃時隙被選中，則將矩陣W(v,i)設置為1；若未選中，則將將矩陣W(v,i)設置為0；

步驟9：更新規劃時隙值i＝i+1；若i≤T，則返回步驟4；否則，將采樣時隙分配矩陣W廣播全網的傳感器節點；

步驟10：更新網絡時隙值j＝j+1；

步驟11：編號為k傳感器節點判斷W(k,j)的值是否為1，若是則采集環境數據并將數據發送到海面；海面基站收到傳感器節點k的采樣數據后，則將數據填充在矩陣元素Y(k,j)處；若在本時隙j未接收到傳感器節點k的數據，則將矩陣元素Y(k,j)設置為0；

步驟12：更新采樣點k＝k+1；若k≤N，則返回步驟11；否則執行步驟13；

步驟13：若網絡時隙j≥M，則截取矩陣Y第j-M+1到第j列的數據組合成矩陣X；通過矩陣填充重建算法SVT獲得重建后的矩陣將矩陣賦值到矩陣U的第j-M+1至第j列；

min||X||_*

其中，||X||_*表示核范數，是矩陣的奇異值之和；Ω代表矩陣中觀測到的數據所在位置索引的集合；

步驟14：更新網絡時隙值j＝j+1；若j≤T，則更新k＝1，執行步驟11至13；若j＞T，則輸出矩陣U，得到N個傳感器節點在T個時隙的海洋環境數據。