[发明专利]一种基于压缩感知的无线传感器网络管理方法与系统

说明书

技术领域

本发明适用于无线自组织网络与传感器网络领域，尤其涉及一种基于压缩感知的无线传感器网络管理方法与系统。

背景技术

近年来，传感技术的迅速发展使得利用低价的无线传感器节点来部署大规模的无线传感器网络成为可能。然而，伴随着无线传感器网络的规模变得越来越大，与之相应的是网络管理问题也显得越发突出。其原因在于，由于相关技术尚未达到完全成熟，传感器节点依然容易出错，主要表现为两类错误：一是RAM内存、Flash闪存等外设可能出现故障；二是节点上运行的软件可能存在潜在的漏洞。若是存在有效的网络管理手段，能够随时监测网络中链路、节点的运行状况，将会为传感器网络的稳健运行提供保障。例如，若开发人员能够了解网络中链路延迟的分布，则可以开发出更加适合网络部署环境的高效的路由协议；若网络管理人员能够掌握链路的丢包率，则可以发现出故障的链路，进而通过重新部署、在线诊断等方式排除故障节点，提高网络的数据回收率。

然而，开发这样的网络管理工具面临着巨大的挑战，即无线传感器网络受到能量的制约。每个传感器节点都是通过干电池等有限的能量源供电，而网络的运行时间却需要尽可能的长。因而，节点上运行的一切协议和软件必须以低功耗为出发点。这就使得传统的基于互联网的需要频繁进行主动探测的网络管理工具不再适用于无线传感器网络。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于压缩感知的无线传感器网络管理方法，旨在解决现有技术需要知道所有测量值的情况下才能恢复出所需要监测的网络参数的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种基于压缩感知的无线传感器网络管理方法，所述方法包括以下步骤：

a.记录无线网络传感器中需要测量的网络路径参数y；

b.构造测量矩阵Ф，根据路径包含的链路信息构造出测量矩阵Ф的第i行Φ_i，当前路径i包含链路j时，Φ_ij=1，否则Φ_ij=0，其中，i表示第i次测量,j=1,2…N,N=链路数；

c.从预先构造的表示矩阵离散余弦变换矩阵、离散小波变换矩阵以及近邻差分矩阵中选取与所述测量矩阵Ф无关性最大的表示矩阵，记作Ψ；

d.根据压缩感知原理，利用匹配追踪算法求解其中，向量x表示网络链路参数，向量s＝(s₁,s₂,s₃,…s_N)^T是向量x在域ψ^-1上的系数向量。

本发明实施例还提供一种基于压缩感知的无线传感器网络管理系统，所述系统包括：

路径参数记录单元，用于记录无线网络传感器中需要测量的网络路径参数y；

测量矩阵构造单元，用于构造测量矩阵Ф，根据路径包含的链路信息构造出测量矩阵Ф的第i行Φ_i，当前路径i包含链路j时，Φ_ij=1，否则Φ_ij=0，其中，i表示第i次测量,j=1,2…N,N=链路数；

表示矩阵选取单元，用于从预先构造的表示矩阵离散余弦变换矩阵、离散小波变换矩阵以及近邻差分矩阵中选取与所述测量矩阵Ф无关性最大的表示矩阵，记作Ψ；

链路参数求解单元，用于根据压缩感知原理，利用匹配追踪算法求解其中，向量x表示网络链路参数，向量s＝(s₁,s₂,s₃,…s_N)^T是向量x在域ψ^-1上的系数向量。

在本发明实施例中，通过记录网络路径参数，同时构造测量矩阵与表示矩阵，依据压缩感知原理求解网络链路参数，从而降低系统能耗，只需要少量的测量值便可以还原出整个网络的状况。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于压缩感知的无线传感器网络管理方法流程图；

图2表示基于有向图模型的无线传感器网络示意图；

图3表示满足路径丢包约束的链路丢包率示例图；

图4满足路径丢包约束的链路丢包率示例图；

图5表示CitySee项目数据集中链路丢包率的累积分布图；

图6表示DCT、DWT、NDT等表示矩阵将数据稀疏表示的结果示例图；

图7表示基于压缩感知的无线传感器网络管理系统结构图。

具体实施方式