[发明专利]一种数据压缩采集、恢复方法及设备

说明书

本发明提供了一种数据压缩采集、恢复方法及设备，在包含N时隙的时间窗口内，原始数据为X＝(x₁,x₂,...,x_N)，该方法包括预先设定采样频率控制因子α；在第i（1<i<N）个时隙生成随机数α_i；当α_i＜α时，采集当前时隙数据x_i，否则不采集当前时隙数据x_i，在包含N个时隙的时间窗口内，实际采集数据的时隙个数为M（M<N），实际采集的数据为Y＝(y₁,y₂,...,y_M)。本发明能够降低数据采集的能量损耗和实现完整数据恢复。

技术领域

本发明涉及无线传感网络与环境监测领域，具体涉及一种数据压缩采集、恢复方法及设备。

背景技术

随着通信、传感器制造、嵌入式计算的日益成熟，大规模无线传感器网络技术迅速发展并被广泛应用到环境监测、国防、救灾抢险等诸多领域。典型的无线传感器网络由大量微型传感器节点组成，它们能够在恶劣及危险环境中迅速展开，并通过无线自组成网，不受现有有线网络基础设施的限制。感知数据通过无线通信以多跳中继方式汇集到数据处理中心。无线传感器网络使人们在任何时间、地点和环境条件下实时获取大量详实而可靠的信息，体现“感知和计算无处不在”理念。大规模传感器网络用于环境监测能够使人们有效地掌握空气、水、土壤湿度等环境因素，有利于相关环境学科从观测信息中估计环境的变化过程，建立环境基准，估计其发展趋势和累积效应，验证已有的环境模型，为相关管理部门决策方案的制定提供理论依据，更好地指导人类的行为活动。

由于传感器节点能量有限，维持网络高效运行、数据的完整获取是大规模传感器网络面临的巨大挑战。事实上，以后期数据分析、建模为目标的大规模环境监测应用，完整有效地获取场景数据是必须满足的首要任务。同样，保证网络的高效运行，减少节点的工作频率、稀疏采样次数、最大化网络的生命周期也是网络设计的重要目标。传统方法都是在能量节约和完整数据获取两者之间做折中，不能同时满足上述目标。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种数据压缩采集、恢复方法及设备，能够降低数据采集的能量损耗和实现完整数据恢复。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种数据压缩采集方法，在包含N时隙的时间窗口内，原始数据为X＝(x₁,x₂,...,x_N)，该方法包括：

预先设定采样频率控制因子α；

在第i（1&lt;i&lt;N）个时隙生成随机数α_i；

当α_i＜α时，采集当前时隙数据x_i，否则不采集当前时隙数据x_i，在包含N个时隙的时间窗口内，实际采集数据的时隙个数为M（M&lt;N），实际采集的数据为Y＝(y₁,y₂,...,y_M)。

进一步，该方法还包括在第i个时隙采集当前时隙数据x_i之后，检查当前时隙采集的数据x_i与上一个采集时隙采集的数据pre_x_i差的绝对值是否大于设定的阈值，若大于，调整采样频率控制因子α为α＝kα，k为频率扩大因子，k＞1。

一种基于所述数据压缩采集方法的数据压缩采集恢复方法，该方法包括：

原始数据X经过稀疏矩阵进行稀疏化处理得到稀疏基s，表示为s＝DX，D为稀疏矩阵，则原始数据X在稀疏基下表示为X=D^-1s；