一种基于随机游走的压缩数据收集方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于随机游走的压缩数据收集方法及系统，本发明专利技术涉及的一种基于随机游走的压缩数据收集方法，包括：S1.基站根据网络中每个节点的剩余能量计算每个测量值收集路径的起始节点以及计算每个测量值收集的路径，将每个测量值收集的相关信息发送至网络中的每个节点；S2.网络中的每个节点根据接收到的信息将测量值发送给基站；S3.基站将接收到的测量值进行计算，得到网络中每个节点的原始数据。本发明专利技术基于随机游走生成的稀疏感知矩阵是非均匀的，它会根据网络拓扑结构的变化而变化。

A method and system of compressed data collection based on random walk

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机游走的压缩数据收集方法及系统
本专利技术涉及无线通信网络
，尤其涉及一种基于随机游走的压缩数据收集方法及系统。
技术介绍
压缩感知技术可以利用信号的稀疏特性，在远小于奈奎斯特采样率的条件下，用随机矩阵采样获取信号的测量值，然后通过非线性重构算法以极小的误差恢复原始信号。这一研究结果可以应用于信息技术的诸多领域。由于无线传感器网络中的数据天然具有稀疏特性，因此具备了利用压缩感知技术的可能性。压缩感知技术中有三个概念相当重要：稀疏度：如果向量x可以表示为x＝Ψz(Ψ为某个基)，并且z中非零元素不超过k个，那么向量x的稀疏度就是k。感知矩阵：在线性变换y＝Ax中，x是原始信号向量，线性变换矩阵A称为感知矩阵。测量值向量：在线性变换y＝Ax中，向量y称为测量值向量，其中的每个元素称为一个测量值。随机游走技术在网络数据收集问题上有很多应用，因为其在路径节点选择上的随机特性，可以很好的均衡网络中各节点的负载。随机游走技术中有三个概念相当重要：起始节点：起始节点就是随机游走路径上的第一个节点，该节点决定了数据收集是从网络的哪个部分开始的。转发概率矩阵：转发概率矩阵表示了各个节点被选为随机游走下一跳的概率分别是多少。具体来说，转发概率矩阵中第i行第j列的元素表示在随机游走当前节点为i的前提下，节点j被选为下一跳节点的概率。随机游走停止条件：随机游走停止条件可以有多种形式，最常见的有两种：第一种是当随机游走经过的节点数量达到事先设定好的阈值时，随机游走停止；第二种是当随机游走到达事先设定的一个或者某些节点时，随机游走停止。反观之前的大部分工作，主要存在以下两个方面的问题：第一，很多研究都是假设感知矩阵为稠密矩阵(矩阵中每个元素都是非零元素)的情况下展开的研究，而实际上感知矩阵也可以为稀疏矩阵(矩阵中大部分元素为零元素)，基于随机游走的压缩数据收集方法产生的感知矩阵是稀疏随机矩阵，它可以进一步降低数据收集的能量消耗；第二，之前也有一部分工作是基于稀疏随机矩阵的压缩数据收集方法，但是这些稀疏随机矩阵都是均匀的，即随机矩阵中每个元素为零的概率相同。将均匀的稀疏随机矩阵应用到数据收集问题上存在一个很大的问题：非零元素与测量值收集路径上的节点不一定完全对应。因此，为了测量值收集的顺利完成，一些不需要参与测量值收集的节点被迫转发数据从而增加能量的消耗。因此，本专利技术提供了基于随机游走的压缩数据收集方法可以很好的解决这个问题，基于随机游走生成的稀疏感知矩阵是非均匀的，它会根据网络拓扑结构的变化而变化。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于随机游走的压缩数据收集方法及系统，基于随机游走生成的稀疏感知矩阵是非均匀的，它会根据网络拓扑结构的变化而变化。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于随机游走的压缩数据收集方法，包括：S1.基站根据网络中每个节点的剩余能量计算每个测量值收集路径的起始节点以及计算每个测量值收集的路径，将每个测量值收集的相关信息发送至网络中的每个节点；S2.网络中的每个节点根据接收到的信息将测量值发送给基站；S3.基站将接收到的测量值进行计算，得到网络中每个节点的原始数据。进一步的，所述步骤S1具体包括：S11.根据每个节点的剩余能量计算出每个测量值收集路径的起始节点；S12.根据网络的拓扑结构将整个网络分层；S13.根据每个节点的剩余能量和分层后的网络，计算每个节点之间数据收发的成本；S14.根据节点之间的数据收发成本和每个测量值收集路径的起始节点，利用转发概率计算算法计算转发概率矩阵；S15.通过广播的方式将每个测量值收集的相关信息发送给网络中的每个节点。进一步的，所述步骤S15具体为当计算出每个节点的起始节点和转发概率矩阵后，依据概率分布产生每个随机游走的起始节点以及每个随机游走中的中继节点，将得到的相关信息通过广播的方式发送给网络中的每个节点。进一步的，所述步骤S2具体包括：S21.每个测量值收集路径的起始节点启动测量值收集的过程，根据接收到的路径信息，起始节点将数据发送给路径上的下一跳节点；S22.每个测量值收集路径上的下一跳节点将接收到的数据和自身的数据相互融合，然后根据接收到的路径信息将结果发送给再下一跳节点；S23.重复步骤S22直到基站接收到测量值；S24.重复步骤S21-S23，直到基站接收到所需的数个测量值。进一步的，所述步骤S3具体包括：S31.基站基于转发概率矩阵计算压缩感知技术中的感知矩阵；S32.基于感知矩阵和接收到的数个测量值，利用非均匀稀疏投影算法计算网络中各个节点的原始数据。相应的，还提供一种基于随机游走的压缩数据收集系统，包括：初始化模块，用于根据网络中每个节点的剩余能量计算每个测量值收集路径的起始节点以及计算每个测量值收集的路径，将每个测量值收集的相关信息发送至网络中的每个节点；收集模块，用于根据接收到的信息将测量值发送给基站；提取模块，用于将接收到的测量值进行计算，得到网络中每个节点的原始数据。进一步的，所述初始化模块具体包括：第一计算模块，用于根据每个节点的剩余能量计算出每个测量值收集路径的起始节点；分层模块，用于根据网络的拓扑结构将整个网络分层；第二计算模块，用于根据每个节点的剩余能量和分层后的网络，计算每个节点之间数据收发的成本；第三计算模块，用于根据节点之间的数据收发成本和每个测量值收集路径的起始节点，利用转发概率计算算法计算转发概率矩阵；发送模块，用于通过广播的方式将每个测量值收集的相关信息发送给网络中的每个节点。进一步的，所述发送模块具体为当计算出每个节点的起始节点和转发概率矩阵后，依据概率分布产生每个随机游走的起始节点以及每个随机游走中的中继节点，将得到的相关信息通过广播的方式发送给网络中的每个节点。进一步的，所述收集模块具体包括：第一发送模块，用于每个测量值收集路径的起始节点启动测量值收集的过程，根据接收到的路径信息，起始节点将数据发送给路径上的下一跳节点；第二发送模块，用于每个测量值收集路径上的下一跳节点将接收到的数据和自身的数据相互融合，然后根据接收到的路径信息将结果发送给再下一跳节点；第一接收模块，用于接收测量值；第二接收模块，用于接收到所需的数个测量值。进一步的，所述提取模块具体包括：第四计算模块，用于基于转发概率矩阵计算压缩感知技术中的感知矩阵；第五计算模块，用于基于感知矩阵和接收到的数个测量值，利用非均匀稀疏投影算法计算网络中各个节点的原始数据。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)能耗低——根据本专利技术的设计，在利用随机游走来收集测量值的过程中，并不是每一个传感器都需要参与数据的接收和发送，只有随机游走路径上的节点会参与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机游走的压缩数据收集方法，其特征在于，包括：/nS1.基站根据网络中每个节点的剩余能量计算每个测量值收集路径的起始节点以及计算每个测量值收集的路径，将每个测量值收集的相关信息发送至网络中的每个节点；/nS2.网络中的每个节点根据接收到的信息将测量值发送给基站；/nS3.基站将接收到的测量值进行计算，得到网络中每个节点的原始数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于随机游走的压缩数据收集方法，其特征在于，包括：
S1.基站根据网络中每个节点的剩余能量计算每个测量值收集路径的起始节点以及计算每个测量值收集的路径，将每个测量值收集的相关信息发送至网络中的每个节点；
S2.网络中的每个节点根据接收到的信息将测量值发送给基站；
S3.基站将接收到的测量值进行计算，得到网络中每个节点的原始数据。


2.根据权利要求1所述的一种基于随机游走的压缩数据收集方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11.根据每个节点的剩余能量计算出每个测量值收集路径的起始节点；
S12.根据网络的拓扑结构将整个网络分层；
S13.根据每个节点的剩余能量和分层后的网络，计算每个节点之间数据收发的成本；
S14.根据节点之间的数据收发成本和每个测量值收集路径的起始节点，利用转发概率计算算法计算转发概率矩阵；
S15.通过广播的方式将每个测量值收集的相关信息发送给网络中的每个节点。


3.根据权利要求2所述的一种基于随机游走的压缩数据收集方法，其特征在于，所述步骤S15具体为当计算出每个节点的起始节点和转发概率矩阵后，依据概率分布产生每个随机游走的起始节点以及每个随机游走中的中继节点，将得到的相关信息通过广播的方式发送给网络中的每个节点。


4.根据权利要求1所述的一种基于随机游走的压缩数据收集方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21.每个测量值收集路径的起始节点启动测量值收集的过程，根据接收到的路径信息，起始节点将数据发送给路径上的下一跳节点；
S22.每个测量值收集路径上的下一跳节点将接收到的数据和自身的数据相互融合，然后根据接收到的路径信息将结果发送给再下一跳节点；
S23.重复步骤S22直到基站接收到测量值；
S24.重复步骤S21-S23，直到基站接收到所需的数个测量值。


5.根据权利要求4所述的一种基于随机游走的压缩数据收集方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
S31.基站基于转发概率矩阵计算压缩感知技术中的感知矩阵；
S32.基于感知矩阵和接收到的数个测量值，利用非均匀稀疏投影算法计算网络中各个节点的原始数据。


6.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：董克明，
申请(专利权)人：云南财经大学，
类型：发明
国别省市：云南;53