[发明专利]精细粒度可调的低延时传感器网络数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感技术领域，具体地，涉及一种精细粒度可调的低延时传感器网络数据传输方法。

背景技术

近年来，基于无线传感器的传感器网络的应用日益广泛。随着传感器网络规模的扩大，所需传输的数据量也显著增加，而无线传感器的带宽有限，所以数据必须被压缩才能有效传输。由于功耗限制，传感器芯片的计算能力十分有限，所以必须采用低复杂度的算法实现数据的压缩和重组。此外，数据压缩必须具有一定的适应性，即具有一定的粒度，以自适应性的最大程度利用无线网络信道的能力。

中国发明专利CN101795501A公开了一种传感器网络物理信号协同压缩感知系统及感知方法，该专利设计了重构节点用于收集来自感知节点的随机映射值及统计量，完成随机映射至矩阵的归一化，并基于压缩感知重建算法实现物理信号重构；中国发明专利CN102006626A公开了一种基于哈夫曼编码和随机优化策略的传感网络数据压缩方法；中国发明专利CN101909330A(公开于2010年12月8)公开了一种基于近优分簇与局部虚拟坐标的传感器网络数据压缩方法，该专利通过调节字典大小来调控数据恢复精度；中国发明专利CN102164395A公开了基于压缩感知的无线传感器网络全局信息本地获取方法，该方法采用观测矩阵投影实现压缩和gossip传输协议实现高效传输；中国发明专利CN102202349A公开了一种基于自适应最优消零的无线传感器网络数据压缩方法，该方法引入无损的自适应最优消零算法，自适应地寻找最优位数因子对递增排列的感知数据序列进行消零运算和编码；中国发明专利CN101932012A基于最优阶估计与分布式分簇的传感器网络数据压缩方法；中国发明专利CN102394718A公开了一种传感网络数据压缩编码/解码方法，该方法将各采样数据与参考数据做差，得到相应的游程长度数据，再对各相对游程长度数据进行编码；中国发明专利CN101925091A公开了一种基于非阈值的无线传感器网络节点数据压缩方法，该方法对在一段时间内无线传感器网络节点所采集时间序列数据流有效地进行分段折线压缩；中国发明专利CN101848529A公开了一种无线传感器网络的多重主成分分析数据压缩方法，该方法采用多重主成分分析数据的压缩方法，在无线传感器网络的多层路由上迭代使用主成分风行进行数据压缩；中国发明专利CN102752798A公开了一种无线传感器网络数据无损压缩的方法，该方法对数据差值序列和原始数据初值进行自适应Rice编码，然后通过无线网络传输至汇聚终端；中国发明专利CN101350827A(公开于2009年1月21)公开了一种用于无线传感器网络的小波渐进数据压缩方法。

上述技术针对无线传感器网络中的数据压缩进行研究，主要采用非投影矩阵设计、字典设计、数据统计和小波变换等方法对传感器数据进行压缩。这些方法的计算量较大，且需要通过一定时间段的数据进行学习及分析才能实现，当无线传感器的计算能力较弱或对系统采集数据的延时有较高要求时，上述专利内容的应用将受到极大限制。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种精细粒度可调的低延时传感器网络数据传输方法，本发明的计算复杂度低，数据传输延迟低，适用于节点计算能力低，系统实时性要求高的场合。

根据本发明的一个方面，提供一种精细粒度可调的低延时传感器网络数据传输方法，包括以下步骤：

步骤一：无线传感器网络中的所有节点进行互联通信，根据信号强度等量纲确定无线器网络的拓扑结构，定义网络中的叶节点为传感节点，而其它非叶节点为传输节点，传输节点与其相连的传感节点或传输节点组成子网络；

步骤二：传输节点与其相关联的叶节点通信，确定通信子网各节点传感器的采样频率，最终确定通信子网中的最高采样率，然后该传输节点将改变属性，对上传传输节点表现为叶节点；

步骤三：传输节点按照子网中的最大采样率对各路采样信号进行插值，实现重采样；

步骤四：传输节点对多路输入信号进行重排、预测压缩和重组，组成采样数据块，并与上行传输节点通信，确定整个系统所能承受的最大采样延时，根据采样延时决定采样数据块数据以列向量或块的形式传输；

步骤五：系统级测试传输速率及采样误差是否满足系统运行要求，若满足，系统正常运行，否则，返回步骤四。

优选地，步骤三中采用线性插值计算在时域或频域实现重采样。

优选地，步骤四具体为：