[发明专利]一种智能家居中基于压缩感知多址接入的无线传感网络通信方法

权利要求书

1.一种智能家居中基于压缩感知多址接入的无线传感网络通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统传输模型：

在一个时间帧中，参与了数据传输的传感器，称之为活跃传感器；通过设置数量r的活跃传感器，每个活跃传感器装一个伯努利随机发生器，成功概率λ满足λN《N，N为传感器总数；

活跃传感器的总数在一个时间帧内，服从二项分布，参数N和λ，即r～B(N，λ)，

每个时间帧的开头，每个发生器执行一个独立的伯努利试验，结果指示传感器节点i是否在这个时间帧将其测量数据d_i传输到接收端，通过设计λ，可以用压缩感知在接收端恢复活跃传感器节点的数据；

在发送之前，活跃传感器节点的数据必须转换为二进制数字并打包来进行数字传输；

2)系统信号模型：

在一个时间帧中的时隙n，传感矩阵中是从标准正交基中随机选出，其中为传感器节点i的感测向量，其中的元素是独立同分布的零均值随机变量，R为传输数据速率；

在每个时隙n的符号时间内，活跃传感器节点i的调制符号s_i会发送到接收端，将s_i和与其对应的感测向量相乘时，所有的活跃传感器节点同时将符号传送到接收端；

接收端匹配滤波后，每个符号的持续时间内，接收端的天线观测到的信号是归一化的QPSK符号乘以活跃传感器节点的感测向量表示某个节点，A为同一时间帧的活跃传感器节点；假设完美同步以及处于不同M_C个子信道的节点拥有相同的发射功率，Mc为子信道数量，在第k个天线所接收的信号向量可以表示为

其中算子o表示Hadamard乘积，是传感器节点到第k个接收端的天线的信道向量，为发射功率，其中元素是零均值标准方差的复高斯随机变量，是测量噪声，表示Mc行1列的向量；是发射功率和活跃传感器节点i|的传输符号的乘积，这里符号等于1当其他情况为0；

接收端接收到的信号可以写为

其中并且

从公式(2.2)可以看出一个符号周期内接收端包含M_C*Mr个观测值，Mr为接收端天线数量，如果观测值不足以压缩感知恢复，就必须就行重新发送；保持重新发送相同的数据包直到p个时隙，接收信号可以写为

z＝Ψx+W， (2.3)

其中接收信号z＝[y^T(1)…y^T(p)]^T，表示接收信号y(n)当时间n＝1，n＝2…n＝p时的集合；

感测矩阵表示当时间n＝1，n＝2…n＝p时的集合；

噪声为W＝[w^T(1)…w^T(p)]^T，表示噪音当时间n＝1，n＝2…n＝p时的集合；

3)基于压缩感知的符号恢复：

接收端每个天线所接收的信号通过一个匹配滤波器，通过所有天线接收到的信号成为压缩感知重建算法的输入信号；在特定时间帧内，第P个时隙结束的时候，接收端获得p*Mc*Mr个稀疏调制符号的观测值，通过检测两个连续时隙的符号重建误差，当差值小于一个预先定义的阈值，活跃传感器节点可以停止传输信号；否则，该传感器节点将继续发送数据直到这帧结束。

2.根据权利要求1所述的一种智能家居中基于压缩感知多址接入的无线传感网络通信方法，其特征在于，

步骤1)中，将传感器读数的空间稀疏性定义为r_s，基于空间相关性的网络数据恢复所需观测数m_s可以用m_s＝O(r_slogN)来获得，O代表同阶无穷小；

通过选择接入概率λ＝m_s/N，使得从平均意义上需要的观测数得到了保证；

当活跃传感器节点数量r遵循一个二项式分布r～B(N，λ)，r的期望值可以计算为配E(r)＝λN＝m_s，其中E(·)是期望算子。

3.根据权利要求1所述的一种智能家居中基于压缩感知多址接入的无线传感网络通信方法，其特征在于，

步骤1)中，在同一时间帧的活跃传感器节点用A＝{a，…a_r}表示，从所有传感器节点发送的数据向量记为d＝[d1，…，d_n]¹，只从活跃传感器节点发送的数据记为d_A＝[d_a1...d_ar]^T。