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专利号: 2019104503835
申请人: 浙江工商大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-03-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于稀疏随机矩阵的无线传感器网络数据收集方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、无线传感器网络中的每个传感器生成一个稀疏随机矩阵,并依据稀疏随机矩阵计算测量值收集过程中所需要传输的数据;

S2、每个传感器将计算得到的数据通过网络数据聚合技术发送至基站,以使基站收集测量值数据;

S3、基站采用压缩感知技术的数据恢复算法计算每个传感器的原始数据;

所述步骤S1具体包括以下步骤:

S11、将无线传感器网络中的传感器编号为N1,N2,…Nn,定义传感器Nj上的原始数据为xj,j=1,2,…,n;

2

S12、将整个网络归一化为边长是1的正方形,并将网络划分成L 个边长为1/L的正方形蜂窝,用Cij表示第i行第j列的蜂窝,1≤i,j≤L;

S13、令 基于相邻蜂窝内的任意传感器均能相互通信,令两个传感器节点之间的通信距离为

S14、将L个蜂窝Cij组成路径Pi,j=1,2,…,L,i=1,2,…,L;

S15、基站广播一个随机数产生种子,每个传感器在收到种子后生成一个统一的稀疏随机矩阵A;

S16、根据稀疏随机矩阵A,每个传感器确定在每轮测量值收集过程中的节点状态;

所述稀疏随机矩阵A中的每一个元素aij都是独立同分布地抽样于以下子高斯分布:所述节点状态包括状态O、状态I和状态R,状态O表示不收不发,状态I表示只发不收,状态R表示可发可收;每个传感器在第q轮数据收集过程中的节点状态的确定方法如下:首先,若aij等于零,则传感器Ni进入状态O;若aij非零,则传感器Ni进入状态I;

然后,每个蜂窝会出现三种情况:

若只有一个传感器是状态I,则传感器状态由I变为R;

若多个传感器都是状态O,则随机选择一个传感器,将它的状态由状态O变为状态R;

若多个传感器都是状态I,则随机选择一个传感器,将它的状态由状态I变为状态R。

2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏随机矩阵的无线传感器网络数据收集方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括以下步骤:S21、蜂窝C11开始第1轮测量值收集过程;蜂窝C11将第1轮测量值收集数据发送给蜂窝C12;

S22、在接收到蜂窝C11发来的数据后,蜂窝C12将接收到的数据与自身的数据融合,随后将融合的数据发送给蜂窝C13;以此类推,蜂窝C1j在第1轮测量值收集过程中依次进行数据接收及数据发送操作,j=3,…,L;

S23、当蜂窝C15完成第1轮的数据发送之后,蜂窝C21马上开始第1轮的数据发送;以此类推,在第1轮测量值收集过程中,路径Pi上的蜂窝Ci5完成第1轮的数据发送之后,蜂窝C(i+1)1马上开始第1轮的数据发送,i=2,…,L;

S24、在蜂窝C45完成第1轮数据发送后,蜂窝C11马上开始第2轮测量值收集过程;以此类推,在第1轮测量值收集过程中,在蜂窝Ch5完成第1轮数据发送后,蜂窝C(h‑3)1马上开始第2轮测量值收集过程;其中,h=5,…,L;

S25、在接收到蜂窝C11发送来的第2轮数据后,蜂窝C12先等待蜂窝C46完成第1轮的数据发送,然后才开始发送第2轮数据;以此类推,在第2轮测量值收集过程中,在接收到蜂窝C(h‑3)1发送来的第2轮数据后,蜂窝C(h‑3)2先等待蜂窝Ch6完成第1轮的数据发送,然后才开始发送第2轮数据;

S26、以此类推,在蜂窝C15完成第q轮数据发送后,蜂窝C21马上开始发送第q轮数据的发送,q为大于1的正整数;之后的每一轮测量值收集过程中,路径Pi上的蜂窝Ch5完成第q轮的数据发送之后,蜂窝C(i+1)1马上开始第q轮的数据发送,i=2,…,L;

S27、在接收到蜂窝C21发送来的第q轮数据之后,蜂窝C22先等待蜂窝C16完成第q轮的数据发送,然后才开始发送第q轮数据;

S28、在第q轮测量值收集过程中,在蜂窝Ch5完成第q轮数据发送后,蜂窝C(h‑3)1马上开始第q+1轮测量值收集过程;在接收到蜂窝C(h‑3)1发送来的第q+1轮数据后,蜂窝C(h‑3)2先等待蜂窝Ch6完成第q轮的数据发送,然后才开始发送第q+1轮数据;

S29、重复以上步骤,直至基站收集到达到预设阈值的测量值。

3.根据权利要求2所述的一种基于稀疏随机矩阵的无线传感器网络数据收集方法,其特征在于,每一蜂窝将相应的数据发送给下一个蜂窝后进入休眠状态。

4.根据权利要求2所述的一种基于稀疏随机矩阵的无线传感器网络数据收集方法,其特征在于,所述基站根据收集到的测量值和稀疏随机矩阵A,基于压缩感知技术中的数据恢复算法,计算得到每个传感器的原始数据。