[发明专利]基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法及系统

权利要求书

1.一种基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置数据滑动窗口，获取无线传感网络每个节点在数据滑动窗口内采集监测数据构成的时间序列，对该序列进行标准化得到标准化序列；

S2、对得到的标准化序列进行降维，并对降维后的序列中各时序子段的均值进行符号化得到SAX符号序列；

S3、对单个节点通过时间相关性来判断是否抑制当前时刻的SAX符号序列发送过程；对不同节点之间通过空间相关性抑制冗余信息的发送；

S4、当一个周期内的每个节点都完成了时空相关性抑制过程，而且接收端结束了本轮数据采集，则网关执行当前周期内恢复节点未传送的数据；

步骤S4中被抑制发送的节点的数据恢复方法具体为：

S41、无线传感网当前周期中所有传输了数据的红色节点在其一跳通信内邻居节点寻找被抑制发送的黄色节点，若在其一跳通信内邻居节点还有其他的红色节点则比较相应符号距离，并将符号距离最小的符号赋值给被抑制发送的黄色节点，直到所有红色节点在其一跳通信内邻居节点被抑制发送的黄色节点都被赋值，并且都被赋值黄色节点改为红色节点；若无线传感网还有没有赋值的黄色节点则转入步骤S42；

S42、无线传感网当前周期中所有红色节点在其二跳通信内邻居节点寻找被抑制发送的黄色节点，若在其二跳通信内邻居节点还有其他的红色节点则比较相应符号距离，并将符号距离最小的符号赋值给被抑制发送的黄色节点，直到所有红色节点在其二跳通信内邻居节点被抑制发送的黄色节点都被赋值，并且都被赋值黄色节点改为红色节点；若无线传感网还有没有赋值的黄色节点则转入步骤S43；

S43、无线传感网当前周期中所有红色节点在其三跳通信内邻居节点寻找被抑制发送的黄色节点，若在其三跳通信内邻居节点还有其他的红色节点则比较相应符号距离，并将符号距离最小的符号赋值给被抑制发送的黄色节点，直到所有红色节点在其三跳通信内邻居节点被抑制发送的黄色节点都被赋值，并且都被赋值黄色节点改为红色节点；若无线传感网还存在黄色节点则转入步骤S41，整个数据恢复过程迭代进行直到无线传感网已没有节点更新颜色为止。

2.根据权利要求1所述的基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法，其特征在于，步骤S1中对时间序列进行标准化处理的公式为：

其中，时间序列X＝{x₁,x₂,…,x_n}，对序列X进行归一化处理得到标准序列Y＝{y₁,y₂…,y_i,…y_n}，μ为序列X的均值，σ为序列X的标准差。

3.根据权利要求1所述的基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法，其特征在于，步骤S2中对标准化序列进行降维的公式为：

其中，标准化序列Y∈Rⁿ，对其进行压缩降维为序列C∈R^w，C＝{c₁,c₂,…,c_w}且w＜＜n，1≤i≤w，c_i表示序列Y的第i个时序子段均值。

4.根据权利要求1所述的基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法，其特征在于，步骤S2中对降维后的序列各时序子段的均值进行符号化的方法为：根据字符集所对应的正态分布等概率区间划分点的查找表，每个时序子段将化成离散符号，获得SAX符号表示无线传感网节点采集多个连续原始监测数据。

5.根据权利要求1所述的基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法，其特征在于，步骤S3中对单个节点通过时间相关性来判断是否抑制当前时刻的SAX符号序列发送过程的方法具体为：

计算相邻时间点的SAX符号距离，并与设定的阈值δ_th进行对比，若则启动当前时刻的数据发送过程，否则抑制发送。

6.根据权利要求1所述的基于符号聚合近似的无线传感网数据压缩与重构方法，其特征在于，步骤S3中对不同节点之间通过空间相关性抑制冗余信息的发送的方法具体为：

满足以下条件中之一时节点向网关发送当前时刻的数据：

a、节点已经超过最大时间间隔，且没有发送数据；

b、节点当前时刻与前一时刻数据的符号距离大于阈值；

c、节点与大多数邻居节点数据的符号距离大于阈值。