專利名稱：基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信息處理與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，具體地說，是一種基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)監(jiān)測領(lǐng)域得到了較多的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，通常使用能耗少，計(jì)算能力低的傳感器節(jié)點(diǎn)來采集數(shù)據(jù)。而大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能源(一般均靠電池供電)是受限的，上訴應(yīng)用面臨能耗和傳輸帶寬受限問題。 參考文獻(xiàn)DonohoD. L, Compressed sensing, Technical Report, StanfordUniversity, 2004.提出了一種壓縮感知理論(Compressive Sensing, CS),它是基于信號處理、小波分析和計(jì)算、統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)理論而研究提出的一種全新的信息獲取模式，它能夠在減少采樣數(shù)的情況下精確或高概率精確重建原始信號。壓縮感知在獲取信號的同時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲嚎s，使其采樣頻率低于奈奎斯特抽樣頻率，這樣僅僅通過很少的采樣值，就可以精確的重構(gòu)信號，同時(shí)又節(jié)省了大量的采樣和存儲(chǔ)資源。將壓縮感知應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以減少傳感器數(shù)量，降低成本和能耗。但在實(shí)際應(yīng)用中，卻面臨如下問題根據(jù)壓縮感知理論，在無線傳感器端進(jìn)行壓縮處理數(shù)據(jù)時(shí)，需要形成的測量矩陣過大，超出無線傳感器端存儲(chǔ)器容量；第二步在需要進(jìn)行測量矩陣和原始信號的相乘運(yùn)算，算法的時(shí)間復(fù)雜度較高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，通過重新構(gòu)建稀疏二維矩陣來滿足傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)存需求，降低數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜度，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下—種基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，其關(guān)鍵在于按照以下步驟進(jìn)行步驟(I):無線傳感器節(jié)點(diǎn)按照預(yù)定周期獲取傳感器數(shù)據(jù)X，所述傳感器數(shù)據(jù)X =[x(l)，x(2)，...，x(N)]T為一個(gè)N維向量，這里的傳感器數(shù)據(jù)x是經(jīng)過小波變換處理后的數(shù)據(jù)，預(yù)定周期可以根據(jù)每一輪傳輸數(shù)據(jù)長度N的大小來確定；步驟(2):設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)器D= 1，最大循環(huán)值為Dm，抽樣值為M，其中，抽樣值M =4S，S為傳感器數(shù)據(jù)X中非零數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，Dm的大小等于測量矩陣的分塊數(shù)且保證夂 = ■為
m
整數(shù)；通常抽樣值M的大小是根據(jù)小波變換后傳感器數(shù)據(jù)X的稀疏度確定的，而傳感器數(shù)據(jù)X的稀疏度即為N維數(shù)據(jù)通過小波變換提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)后的非零數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。步驟(3):隨機(jī)生成IXN維的坐標(biāo)位置矩陣Ed = [Edi,…，Em,…，Edn]，其中Em表示坐標(biāo)位置矩陣Ed中第i列的元素值，i = 1，2，…，N，且Em為[1，K]之間的正整數(shù)，
權(quán)利要求
1.一種基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 步驟(I):無線傳感器節(jié)點(diǎn)按照預(yù)定周期獲取傳感器數(shù)據(jù)X，所述傳感器數(shù)據(jù)X =[x(l)，x(2)，...，x(N)]t 為一個(gè) N 維向量; 步驟⑵設(shè)置循環(huán)計(jì)數(shù)器D= 1，最大循環(huán)值為Dm，抽樣值為M，其中，抽樣值M = 4S，S為傳感器數(shù)據(jù)X中非零數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，Dffl的大小等于測量矩陣的分塊數(shù)且保證
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于根據(jù)預(yù)定周期獲取傳感器數(shù)據(jù)X為一個(gè)1600維的向量，所述最大循環(huán)值Dm =4。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于壓縮感知的無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，通過對壓縮感知中測量矩陣構(gòu)建方式的改變，采用二維隨機(jī)矩陣來代替高斯隨機(jī)矩陣，并對原有的測量矩陣進(jìn)行分塊運(yùn)算，用坐標(biāo)位置矩陣來確定稀疏二維矩陣中元素值為1的位置，使得還原矩陣的維數(shù)大大降低，同時(shí)將原有的矩陣乘法轉(zhuǎn)換為矩陣加法運(yùn)算，提高了運(yùn)算速度，其顯著效果是通過算法改進(jìn)，使得壓縮感知算法能夠在實(shí)際應(yīng)用中得以實(shí)時(shí)，滿足一般無線傳感器節(jié)點(diǎn)較小內(nèi)存的要求，減小計(jì)算量，解決了傳感器存儲(chǔ)溢出以及計(jì)算時(shí)間較長的問題，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測的實(shí)時(shí)性。
文檔編號H04W28/06GK102802199SQ20121023398
公開日2012年11月28日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者劉國金, 張倩, 鄧軍, 曾孝平, 陳千, 熊東 申請人:重慶大學(xué)