[发明专利]一种基于压缩感知的无线网络优化海量信令数据采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络优化海量信令数据采集的技术领域，尤其是指一种基于压缩感知的无线网络优化海量信令数据采集方法。

背景技术

伴随3G牌照的发放和国内移动互联网飞速发展，终端数据量的指数级增长，如何在现有成熟的2G网络上，又好又快地发展移动互联网、发展各类数据业务成为目前国内三大运营商关注的焦点。以中国移动为例，作为中国最大的无线网络运营商之一，其用户的基础业务数据以及增值业务数据近年来飞速增长，大数据时代的到来对运营商来说，既是挑战又是机遇。运营商想稳固基础通信业务的地位，夺得互联网的门票，可以结合自身的优势，把各种业务和用户的行为习惯联系起来，更好的服务用户。而更为重要的是，在数据业务大发展的时代下，如何高效地存储无线用户海量数据进行网络优化成为摆在面前的迫切课题。

数据压缩的研究一直很活跃，但基本上对数据的完整性要求都较为严格。只要数据在发送的过程中出现丢失或接收的数据出现损坏，数据就很难进行恢复。近几年，研究很热门的“压缩感知”算法则为解决该问题带来了新思路。压缩感知的初衷是在采集信号的时候减少采样率，而之后通过复原算法接近精确的把原始数据恢复出来，Rice大学的单像素相机就是基于该原理实现的。但压缩感知在压缩方面的优势也是独当一面的，特别是当网络速度不理想，很难接收到一份完整的数据时，普通压缩算法很难稳定的工作，而压缩感知能较好地工作。在对无线网络优化海量数据进行采集时使用压缩感知算法，目前还未见有文献报道。它不仅有效地对数据的压缩，节约传输成本，而且还能允许传输时压缩后的数据丢失，在一般情况下压缩后的数据少量丢失不会对原数据的恢复造成影响。

近年来，压缩感知已经在医疗检查、物联网等诸多领域取得了可喜的成就。压缩感知也成为了采集信号方法的一种创新，已有严格的数学理论证明其正确性及有效性。由于压缩感知的特有作用，以及压缩感知与非线性最优解理论中已经发展成熟的一系列求解方法的融合能力，使得基于压缩感知的数据采集算法在图像、声音、海量数据等领域被广泛研究和应用。

已有的无线网络优化数据采集大都是简单地采用信令采集卡进行复制保存，并没有使用数据压缩算法对其进行压缩，而每条数据有很多字段都是稀疏的或可稀疏的，造成了存储数据空间的浪费，且传输的负载较大。如果使用压缩感知对其进行压缩，不仅可以减少存储数据的空间和传输的负载，还可以加强数据的安全性。特别是在网络信号较弱和经常出现传输失败的情况下，可以简单采取丢弃的策略，而不影响数据的接收。

压缩感知最核心的两个技术就是构建测量矩阵与选择复原算法，测量矩阵需要满足RIP性质，复原算法关系到恢复数据时的效率与准确率；综合上述需求，本发明采用的测量矩阵由哈达曼矩阵得来，复原算法采用成熟的正交匹配追踪算法。

哈达曼矩阵，具有很强的非相干性，向量都是两两正交的，而且每一个数都为1或-1，大大减少了计算量。目前这种方法的主要缺点在于难以适应任意长度的数据压缩，它要求原始数据长度必须为2的n次方(n为正整数)，而现实中又往往可能不符合要求。由于本发明要采集的无线网络优化数据长度是可控制的，所以只要把数据长度设为2的n次方即可。

数据复原算法被用来对压缩数据的还原，即求一个全局最优解，主要分成贪婪算法、L1凸优化算法、TVL3复原算法等。正交匹配追踪算法，简称OMP算法，每一次循环都地找出与一个与残差内积最小的列向量，但比MP算法多了一步正交操作，加快了迭代的过程与提高了选择原子的准确率。在效率方面的表现也比基追踪算法要出色，且可以采用并行计算加快求解速度。因此，在原数据长度较大时，采用OMP算法简单且很好的性能。

许多实际工程系统，由于系统的数据本身具有稀疏性或者为可稀疏的，可以采用一种基于压缩感知的方法来对其进行采集和存储，这对于终端小型机器，性能是满足要求的。而由于压缩感知在复原的过程中计算量较大，后期采用计算能力较强的计算机对数据进行复原则可解决该问题，这样可以在接近精确的情况下有效地压缩数据。

发明内容

本发明的目的在于现有技术的不足与缺陷，提供一种基于压缩感知的无线网络优化海量信令数据采集方法，该方法能够在信令数据海量的情况下很好地实现对信令数据的大比例压缩，并可以接近精确或准确地恢复出信令数据信息，特别是针对二值情况；能够在无线网络的传输环境中，以一种可分割、可丢弃的传输来实现信令数据的采集，减少了传输的负载，可将其成功地应用到后续相同或相似的任务当中去，节约能量。