[发明专利]铁路防灾监测无线传输系统路由及数据压缩自适应优化方法

说明书

本发明涉及铁路防灾监测无线通信技术领域，特别是涉及一种铁路防灾监测无线传输系统路由及数据压缩自适应优化方法。该方法根据铁路防灾监测线性无线传输系统节点能量受限及数据通信需求差异化等特性，设计一种通信路由及数据压缩率自适应优化方法，充分发挥传感器节点的边缘计算能力对监测数据特征进行预判，并根据数据特征进行路由及数据压缩率的自适应优化设计，在多监测节点、复杂监测环境情况下保证了异常信息传输的实时性和正常信息传输的稳定性，确保为铁路系统的安全运行及决策提供丰富精准致灾要素监测数据和防灾应急决策支持。

技术领域

本发明涉及铁路防灾监测无线通信技术领域，特别是涉及一种铁路防灾监测无线传输系统路由及数据压缩自适应优化方法。

背景技术

随着运行速度大幅提升和运营里程的快速增长，铁路已经成为我国旅客出行和快捷货运的主要方式之一，是我国国民经济和社会发展的重要支柱。然而，我国铁路线路覆盖范围广、运行环境复杂多变，这给铁路系统运行的安全性和可靠性带来很大挑战。致灾要素信息的实时获取、传输、计算等技术在铁路灾害防控中起到越来越重要的作用，为铁路运营系统的风险评估、预警和控制提供了丰富的大数据支撑和有效的技术支持。目前，铁路沿线的防灾监测系统多采用有线通信方式或者4G等移动通信方式对监测信息进行传输。然而，在地形环境复杂地区铁路沿线电力和网络资源部署难度大、成本高、移动网络信号质量差，难以保证防灾监测信息的有效传输。随着无线传输技术的发展，在地形环境复杂地区构建基于无线通信的局部传输系统将有效解决这一难题，在局部无线传输系统中对监测信息进行传输、汇集和转发，然后通过开阔区域的汇聚节点或者基站将信息发送到数据中心进行分析和处理。

然而，能量资源受限是局部无线传输系统面临的最大挑战，基于通信路由协议优化的能耗效率提升是解决这一问题的最有效措施之一。铁路防灾监测系统的局部无线传输系统呈线性分布，即线性传感网系统目前对传输系统进行能量资源优化利用的方法主要为基于多跳的负载均衡优化算法，通过多跳分包转发的方式来保持各节点间通信负载的均衡性和能耗的均衡性，以提升系统的生命周期。一方面，此类算法对系统中防灾监测数据通信需求的不均衡性考虑不充分，即在异常情况发生情况下，部分防灾监测数据需要进行优先传输，以保证监测系统的安全服务能力；另一方面，对节点的边缘计算能力考虑不足，即防灾监测数据可以充分利用节点的边缘计算能力，对数据进行初步的压缩，以降低传输数据量和传输过程中的能量消耗，进而最大化系统的生命周期。

因此，需要本领域的技术人员解决的一个技术问题是：如何利用铁路防灾监测系统的边缘计算能力，一方面对异常数据进行识别，并设计相应的数据传输模式；另一方面，自适应采用数据压缩算法，减少传输能耗，从而在保证系统安全服务能力的同时，最大程度保证系统的可靠服务能力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种铁路防灾监测无线传输系统路由及数据压缩自适应优化方法，充分利用铁路防灾监测节点的边缘计算能力，对不同的监测数据进行差异化的通信协议设计，用以保证安全监测信息实时优先传输的基础上，大大提升监测系统的生命周期。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种铁路防灾监测无线传输系统路由及数据压缩自适应优化方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤S101：根据铁路防灾监测无线传输系统的架构初始化无线路由矩阵F和节点的数据压缩率矩阵R；

步骤S102：获取当前每个防灾监测传感器节点采集的数据，并对数据进行边缘端预处理和特征分析；

步骤S103：初步判断防灾监测数据内容是否有异常情况；若存在异常情况，进入步骤S104；如不存在异常情况，进入步骤S105；

步骤S104：存在异常情况时，进入异常数据实时优先传输模式：异常节点数据采用低压缩、少分包的模式，以保证异常数据传输的实时性；常规节点数据采用自适应分包压缩，以有效抑制异常数据优先传输带来的节点间能耗不均衡性，保障系统高安全的服务能力；