[发明专利]测量信号传输/重构方法、相应设备以及无线传感器网络

说明书

技术领域

本申请涉及网络技术领域，特别是涉及一种测量信号传输/重构方法、相应设备以及无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Networks）是由具有感知、计算和通信能力的传感器以点对点方式构成的无线网络。无线传感器网络通过网络内传感器节点的分工协作可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息。其中，采样数据的传输是无线传感器网络的主要任务之一：由传感器节点将采样数据以无线传输的方式汇集到汇聚节点。

现有技术提供了一种传统的多跳方式传输方法，即下级节点将采样数据按多跳路径发送至上级节点，然后，上级节点再将采样数据按多跳路径转发至其上级节点，依此类推，直至到达汇聚节点。本申请发明人在长期研究中发现，在这种方案下，上级节点除了发送自身的采样数据外，还需转发下级节点的采样数据，从而导致靠近汇聚节点的传感器节点需要发送很多采样数据，导致该传感器节点的能量和资源很快被耗尽，进而使无线传感器网络失效。

为了解决上述问题，现有技术又提供了一种基于压缩感知的测量信号传输方法。下级节点利用采样数据的稀疏特性对采样数据进行压缩得到测量信号，其中，测量信号中包括M个元素。然后，下级节点按多跳的路径将测量信号发送至上级节点。上级节点将所有接收到的下级节点的测量信号进行加和，再将本身的采样数据进行压缩得到的测量信号进行加和得到同样包括M个元素的测量信号，最后按多跳路径将加和后的测量信号转发至其上级节点，依此类推，直至到达汇聚节点。本申请发明人在长期研发中还发现，在这种方案下，每个传感器节点都只需发送M个元素，但是，在现有方案下，上级节点必须先接收完其中一个下级节点的M个元素，再接收另一个下级节点的M个元素，直到所有的下级节点都传输完毕。以图1为例，节点a、节点b以及节点c都连接到同一个上级节点（节点d）上，为了避免无线碰撞和干扰，在时隙1，节点a首先将测量信号X1发送到节点d；然后，在时隙2，节点b将测量信号X2发送到节点d；最后，在时隙3，节点c将测量信号X3发送到节点d。在时隙4，节点d接收完节点a、节点b以及节点c所发送的测量信号X1、X2以及X3后，将测量信号X1、X2以及X3与本节点检测处理所得的测量信号X4进行加和。明显地，在这种传输方式下，对于拥有大量传感器节点的无线传感器网络，测量信号的传输将会存在较大的传输时延，影响系统的整体性能。同时，无线通信的多跳传输中，每一跳都会引入噪声，以节点d为例，在要完成X1、X2和X3接收的同时，会接收到3个时隙内的白噪声，又由于后续叠加操作，那么这3个时隙内的白噪声就被叠加到一起，这会造成汇聚节点的信号在重构时的性能下降。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种测量信号传输/重构方法、相应设备以及无线传感器网络实施方式，能够有效减少测量信号的传输时延。

为解决上述技术问题，本申请一方面提供了一种测量信号传输方法，包括如下步骤：接收与本节点直接连接的多个下级节点所形成的第一测量信号，其中，所述多个下级节点同时发送的第二测量信号在空中加和形成所述第一测量信号；将所述第一测量信号与本节点采样并处理而获得的第三测量信号进行加和，以获得第四测量信号；与连接到同一个上级节点的同级节点同时向所述上级节点发送第四测量信号。

其中，所述将第一测量信号与本节点采样并处理而获得的第三测量信号进行加和步骤包括：以本节点自身的标识作为种子产生多个随机数，并构成列向量，对应测量矩阵的相应列；将本节点采样得到的观测值与所述列向量乘积以得到第三测量信号。

其中，所述第四测量信号中包括多个元素，所述与连接到同一个上级节点的同级节点同时向上级节点发送第四测量信号步骤包括：依次发送所述第四测量信号中的多个元素，使得每个元素与连接到同一个上级节点的同级节点的相应元素同时向所述上级节点发送，其中，所述第四测量信号的元素的个数与所述随机数的个数相等。

本申请还提供一种测量信号重构方法，包括如下步骤：接收与本节点直接连接的多个传感器节点所形成的第五测量信号，其中，所述多个传感器节点同时发送的第二测量信号在空中加和形成所述第五测量信号；根据所述第五测量信号重构本节点之下所有传感器节点的观测值。

其中，所述根据第五测量信号重构本节点之下所有传感器节点的观测值步骤包括：根据第五测量信号利用测量矩阵重构本节点之下所有传感器节点的观测值，其中，所述测量矩阵为以本节点之下所有传感器节点的标识作为种子产生的多个随机数构成。