[发明专利]网络拓扑结构动态自适应的压缩感知数据收集方法

权利要求书

1.一种网络拓扑结构动态自适应的压缩感知数据收集方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)初始化阶段，进行传感器节点部署，并且分别为每个网络节点，生成一个节点层次编号layerID和两个邻居节点集合，这两个邻居节点集合分别是上一层邻居节点集合S_u和同层邻居节点集合S_c；具体步骤如下：

(1.1)SINK节点设定自己在环形网络拓扑结构中的层次编号为1，并向外广播自己的层次编号；

(1.2)每个节点根据其第一次收到的消息确定自身的层次编号，具体方法为：将该消息中的层次编号加1，作为自己的层次编号，并把消息发送方添加到自己的上一层邻居节点集合S_u中，再进行适当延时后广播自己的层次编号；

(1.3)每个节点依据接受到的消息中层次编号的大小，来确定自己的两个邻居节点集合S_u和S_c中的内容；具体方法为：若当前节点还没设置自己的层次编号，则将第一次收到消息的发送方加入自己的上一层邻居节点集合S_u中；若当前节点已经设置自己的层次编号，并且消息中的层次编号小于自己的层次编号，则将消息发送方添加到自己的上一层邻居节点集合S_u中；若当前节点已经设置自己的层次编号，并且若消息中的层次编号等于自己的层次编号，则将消息发送方添加到自己的同层邻居节点集合S_c中；

(2)双重随机游走：每一次测量过程中，网络最外两层节点中，随机选择部分节点作为双重随机游走起点，并基于各个节点的层次编号layerID和两类邻居节点集合S_u和S_c，进行同层随机游走和跨层随机游走；进行同层随机游走时，其下一跳节点来自于同层邻居节点集合S_c，进行跨层随机游走时，其下一跳节点来自于上一层邻居节点集合S_u；通过同层随机游走和跨层随机游走的串联组合，实现双重随机游走；各条双重随机游走路径都结束于SINK节点；步骤如下：

(2.1)双重随机游走起始点的设定：所有最外面2层节点，各自独立随机地决定自己是否作为随机游走起始节点；即，最外面2层的节点独立产生一个服从[0，1]均匀分布的随机数ρ，然后比较随机数ρ与某个预定义阈值的大小关系；该阈值等于最外面两层节点总数的倒数；如果随机数ρ大于该阈值，则当前节点作为起始节点发起双重随机游走；

(2.2)每个随机游走起始节点，分别初始化一个辅助决策变量CntCurr，初始值分别0；后续的双重随机游走过程中，同一条随机游走路径上的所有节点，将按照第2.3步中预定义规则修改CntCurr的值，并将修改后的CntCurr发送给下一跳节点；

(2.3)双重随机游走过程如下：

(2.3.1)如果当前节点是SINK节点，则结束双重随机游走；否则接收并提取CntCurr的值；

(2.3.2)如果CntCurr小于k×layerID+b，其中k和b是模型参数，则进行同层随机游走，即从同层邻居节点集合中随机选择一个节点作为下一跳，并将CntCurr＝CntCurr+1发送给下一跳节点；

否则进行跨层随机游走，即从上一层邻居节点集合中随机选择一个节点作为下一跳，并将CntCurr＝0发送给下一跳节点；

(2.3.3)上一步中，如果进行同层随机游走时，发现当前节点的同层节点集合中为空，则修改为进行跨层随机游走，以防止随机游走意外中断；同理，如果进行跨层随机游走时，发现当前节点的跨层随机游走节点集合为空集，则修改为发起同层随机游走；

(2.3.4)重复第2.3.1步、2.3.2步和2.3.3步，直到到达SINK节点；

(3)基于双重随机游走的压缩感知测量过程：压缩感知测量过程，与双重随机游走过程同步进行；压缩感知测量结果是双重随机游走路径节点数据的加权之和，权值系数由测量系数列表flag list决定；每条双重随机游走所对应的压缩感知测量结果，将沿着双重随机游走路径传输到SINK节点；具体为：每个双重随机游走起始点，分别将各自的路径节点编号列表ID list和相应节点的测量系数列表flag list初始化为空值；每个双重随机游走起始点将其压缩感知测量结果DATA初始化为0；从双重随机游走路径起始点开始，双重随机游走路径上的各个节点按照如下方式，协作完成基于双重随机游走的压缩感知测量过程：

首先，双重随机游走路径上的当前节点等概率地随机选择-1或者+1作为测量系数flag，更新压缩感知测量结果为：DATA＝∑_{i∈ID list}data(i)×flag(i)，并把自身的ID和所选择的系数分别添加到ID list和flag list中，其中data(i)表示该条随机游走路径上第i个节点采集的数据，flag(i)为该条随机游走路径上第i个节点选择的测量系数；

然后，双重随机游走路径上的当前节点，将更新后的ID list、flag list和DATA一同发送给双重随机游走的下一跳节点；

最后，重复前述两步，直到当前节点变成SINK节点；

(4)SINK节点利用从各条双重随机游走路径上收集到压缩感知测量结果，采用现有的压缩感知数据恢复技术进行数据恢复。