基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法技术

本发明专利技术涉及基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法(Non‑binary Data Recovery Based on Network Coding and Compressed Sensing,NBDR‑NC)，利用了无线传感器网络中传感器节点数据的稀疏性以及无线通信的广播特性，通过对稀疏数据的压缩对源数据包进行压缩而节省了数据传输所需的能量；还通过多个中继节点传输数据包，即一发多收的方式降低了因单条无线链路问题而导致通信失败的概率，提高了数据包的传输可靠性；在目的节点(数据融合端)，对接收网络压缩数据包采用在有限域下的联合压缩感知和网络编码的迭代译码算法，能够以较低复杂度重建源稀疏数据。

【技术实现步骤摘要】
基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法
本专利技术涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法。
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)交叉融合了嵌入式系统、无线通信技术及计算机网络技术等高新技术，应用前景广阔。近年来，无线传感器网络的通信和协议设计已经得到了广泛的研究，并常应用于国防军事、环境监测、交通管理等诸多国际上备受关注的热点研究领域中，然而无线传感器网络还具有节点存储容量与节点能量等资源受限的特征，因此，如何降低采集的数据量，从而减少各个节点能量的消耗、增加网络的通信容量和数据传输可靠性以及提高网络的生存寿命，一直是研究的热点。网络编码理论在2000年由Ahlswede和Cai等人提出，它对网络的相关理论研究和实际应用都产生了深刻的影响。网络编码是一种特殊的网络数据处理技术，它利用了广播通信信道的特性来提升网络的吞吐量，引入了多样性和冗余度来对抗拓扑结构的动态变化。在无线网络编码技术支持下，网络的节点除了发送和接收数据外，还被允许对所收到的多个数据包进行编码，然后将经过编码的数据包发送到通信链路上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于网络编码和压缩感知的多元域数据恢复方法，其特征在于，数据处理过程主要包括以下三个处理阶段：S1、源节点稀疏数据编码阶段：在数据包在满足稀疏性的条件下，源节点对数据包采用有限域下的压缩感知方法进行压缩编码，并将压缩编码后的网络编码测量数据包发送至中继节点；S2、中继节点再编码转发阶段：中继节点对所有接收到的网络编码测量数据包进行网络再编码过程处理，然后通过多跳协作数据传输方案将网络编码测量数据包传送到目的节点；S3、目的节点混合迭代译码阶段：目的节点对成功接收到的网络编码测量数据包采用混合网络编码和压缩感知的迭代译码方法，重建源节点中的数据包。

【技术特征摘要】
1.一种基于网络编码和压缩感知的多元域数据恢复方法，其特征在于，数据处理过程主要包括以下三个处理阶段：S1、源节点稀疏数据编码阶段：在数据包在满足稀疏性的条件下，源节点对数据包采用有限域下的压缩感知方法进行压缩编码，并将压缩编码后的网络编码测量数据包发送至中继节点；S2、中继节点再编码转发阶段：中继节点对所有接收到的网络编码测量数据包进行网络再编码过程处理，然后通过多跳协作数据传输方案将网络编码测量数据包传送到目的节点；S3、目的节点混合迭代译码阶段：目的节点对成功接收到的网络编码测量数据包采用混合网络编码和压缩感知的迭代译码方法，重建源节点中的数据包。2.根据权利要求1所述的基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法，其特征在于，所述步骤S1的具体实现步骤如下：S11、源节点压缩感知：稀疏数据x设定为n维的向量，其中包含k个非零元素和n-k个零元素，且k＜＜n，每个元素均属于有限域GF(q)的范围；源节点通过m行n列的测量矩阵Φm×n对稀疏数据x进行压缩采样得到m×1维的测量向量y，即y＝Φm×nx，其中m＜n；每当源节点生成g个测量数据包，即g个测量向量y，将其组成测量向量合集Ym×g＝{y1，y2，...，yg}，并将该集合中的g个测量数据包作为一代的数据进行分组，源节点按照每一代的数据分组进行网络编码传输；S12、源节点网络编码：由源节点在GF(q)域上随机选取g个元素组成g×1维的网络编码列向量v＝{v1，v2，...，vg}T，将Ym×g与v在GF(q)域上相乘，得到m×1维的网络编码测量向量C，即Cm×1-Ym×g×vg×1-(y1，y2，...，yg)(v1，v2，...，vg})T＝(c1，c2，...，cm)T；S13、源节点将v和C打包成网络编码测量数据包并将其发送至源簇内的中继节点。3.根据权利要求2所述的基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法，其特征在于，所述步骤S2的具体实现步骤如下：S21、源簇内的中继节点成功接收到网络编码测量数据包后将其协作分发到中间簇的中继节点，给每一个簇内的中继节点分配一个时间片，并且每个中间簇的中继节点按照时分多址的方式，将网络编码测量数据包协作传输至下一个中间簇的中继节点；S22、当上一跳中间簇的时间片用完时，当前中间簇的中继节点对接收到的网络编码测量数据包进行再网络编码，并将再网络编码后的网络编码测量数据包发送到目的簇中的中继节点。4.根据权利要求3所述的基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法，其特征在于，所述步骤S22中再网络编码的具体实现步骤如下：设每个中间簇都有N个中继节点，将中继节点接收到的g’个网络编码测量数据包组成网络编码测量数据集合PR＝(PR1，PR2，...，PRg’)，其中g’＜N，对PR进行一次网络再编码过程：从GF(q)域中随机选取g’个数{u1，u2，...，ug’}，组成再网络编码列向量u＝{u1，u2，...，ug’}T，对该中继节点接收的所有网络编码测量数据包PRi中的vRi和CRi进行基于GF(q)域上的线性组合，其中i＝1，2，...，g’，组成新的uT和CT，具体方法为和再封装成新的网络编码测量数据包进行发送。5.根据权利要求4所述的基于网络编码与压缩感知的多元域数据恢复方法，其特征在于，所述步骤S3分为数据接收汇集阶段、目的节点网络译码阶段以及目的节点压缩感知数据重建阶段，这三个阶段的具体实现步骤如下：S31、数据接收汇集阶段：目的簇中的中继节点均将接收到的网络编码测量数据包转发给目的节点，当目的节点收到gSR个网络编码测量数据包，将其组成网络编码测量数据集合并...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘星成，曹凯，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44