[發(fā)明專利]基于CGAN的無線傳感器網(wǎng)絡故障節(jié)點的數(shù)據(jù)恢復方法

在審

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• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113900860A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 楊柳;程琪;魯銀芝;姜法勇
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06F11/14
• 分類號: G06F11/14;H04W24/04;H04W84/18;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 王海軍

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)恢復領域，具體涉及一種基于CGAN的無線傳感器網(wǎng)絡故障節(jié)點的數(shù)據(jù)恢復方法，該方法包括：進行節(jié)點故障檢測；將檢測為故障的節(jié)點的數(shù)據(jù)經(jīng)過編、解碼后與原數(shù)據(jù)比較，若差異小于一個閾值，則判斷該故障節(jié)點的數(shù)據(jù)能夠恢復；采用CGAN網(wǎng)絡對故障節(jié)點中的數(shù)據(jù)進行恢復；本發(fā)明通過CGAN利用簇內(nèi)其他正常節(jié)點的數(shù)據(jù)對故障節(jié)點的數(shù)據(jù)進行恢復，保證了數(shù)據(jù)的完整性，從而保證了網(wǎng)絡的正常運行。

技術領域

本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)恢復領域，具體涉及一種基于CGAN的無線傳感器網(wǎng)絡故障節(jié)點的數(shù)據(jù)恢復方法。

背景技術

目前無線傳感器網(wǎng)絡已經(jīng)被廣泛應用于各個領域如環(huán)境監(jiān)測與保護、醫(yī)療衛(wèi)生護理和軍事領域等。但在網(wǎng)絡運行中傳感器節(jié)點容易發(fā)生一些故障，例如接收器單元故障、傳感器單元故障以及軟件故障等，從而導致傳感器節(jié)點產(chǎn)生和傳輸誤差數(shù)據(jù)，這些故障節(jié)點的數(shù)據(jù)需要進一步處理校正。現(xiàn)如今無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)恢復問題得到了越來越多的關注，并且已提出了幾種解決方法，例如Ghanbar等人基于多屬性壓縮感知機制，提出了一種差錯率可控的無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)恢復算法。其不足之處是需要進行泛建模操作，且存在建模參數(shù)過多的問題，無法適應稀疏網(wǎng)絡節(jié)點分布情形，實踐成本過高。所以如何高效、準確、低成本地對無線傳感器網(wǎng)絡中的故障節(jié)點的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)恢復處理是一個急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決以上現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于CGAN的無線傳感器網(wǎng)絡故障節(jié)點的數(shù)據(jù)恢復方法，該方法包括：’

S1：獲取無線傳感器網(wǎng)站中待測節(jié)點的數(shù)據(jù)，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)判斷待測節(jié)點是否為故障節(jié)點，若不為故障節(jié)點，則存儲該節(jié)點的數(shù)據(jù)，若為故障節(jié)點，則執(zhí)行步驟S2；

S2：判斷故障節(jié)點中的數(shù)據(jù)是否能進行數(shù)據(jù)恢復，若不能進行數(shù)據(jù)恢復，則故障節(jié)點重新發(fā)送數(shù)據(jù)，并返回步驟S1；若能進行數(shù)據(jù)恢復，則執(zhí)行步驟S3；

S3：采用CGAN網(wǎng)絡對故障節(jié)點中的數(shù)據(jù)進行恢復。

優(yōu)選的，根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)判斷待測節(jié)點是否為故障節(jié)點的過程包括：將獲取的待測節(jié)點數(shù)據(jù)輸入到編碼器中，得到一個特征向量；將特征向量再輸入到解碼器中，得到解碼的數(shù)據(jù)；將解碼數(shù)據(jù)與待測節(jié)點的原始數(shù)據(jù)進行比較，若兩個數(shù)據(jù)的差值大于設定的閾值時，則該待測節(jié)點為故障節(jié)點。

進一步的，設置的閾值為0.1～0.4。

優(yōu)選的，判斷故障節(jié)點中的數(shù)據(jù)是否能進行數(shù)據(jù)恢復的過程包括：獲取解碼器解碼后的數(shù)據(jù)和待測節(jié)點的原始數(shù)據(jù)；計算解碼器解碼后的數(shù)據(jù)和待測節(jié)點的原始數(shù)據(jù)的差值，將得到的差值與設定的最小閾值進行比較，若小于設置的最小閾值，則待測節(jié)點的數(shù)據(jù)為可恢復數(shù)據(jù)，否則待測節(jié)點的數(shù)據(jù)為不可恢復數(shù)據(jù)。

進一步的，設置的最小閾值為0.35～0.4。

優(yōu)選的，采用CGAN網(wǎng)絡對故障節(jié)點中的數(shù)據(jù)進行恢復的過程包括：

步驟1：將無線傳感器網(wǎng)站中所有正常節(jié)點數(shù)據(jù)作為約束條件，將約束條件和隨機噪聲遮掩的數(shù)據(jù)輸入到生成器中，生成器根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)重新生成故障節(jié)點的數(shù)據(jù)；

步驟2：將生成器重新生成故障節(jié)點的數(shù)據(jù)與正常傳感器節(jié)點處的數(shù)據(jù)作為判別器D的輸入，判別器D對輸入數(shù)據(jù)進行真假數(shù)據(jù)判斷，并將判斷結(jié)果與生成器中的數(shù)據(jù)相互博弈，使生成器生成的數(shù)據(jù)和正常節(jié)點的數(shù)據(jù)相同，完成故障節(jié)點處的數(shù)據(jù)恢復。

進一步的，訓練生成器重新生成故障節(jié)點的數(shù)據(jù)的過程包括：

步驟11：向生成器中輸入隨機噪聲z～pniose(z)、正常節(jié)點處的數(shù)據(jù)y以及故障節(jié)點處的數(shù)據(jù)x，其中正常節(jié)點處的數(shù)據(jù)y和故障節(jié)點處的數(shù)據(jù)x滿足x,y～pdata(x,y)；pniose表示噪聲，pdata表示并行數(shù)據(jù)；

步驟12：采用卷積網(wǎng)絡提取輸入數(shù)據(jù)的特征，得到正常節(jié)點處數(shù)據(jù)y的特征數(shù)據(jù)；