一种有损链路下压缩感知数据收集方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种有损链路下压缩感知数据收集方法及装置，在各个传感器节点对应的传输链路上传输加权数据叠加包过程中，若任意一条传输链路发生数据丢包现象，则会确定发生数据丢包现象的传输链路的链路类型，并基于链路类型获得与链路类型相对应的补包传输机制，这就意味着本发明中补包传输机制不单单是重传机制，而是可以基于链路类型选择对应的补包传输机制，通过对应的补包传输机制来恢复接收节点丢失的数据包，以保证传输链路中丢失的数据包的绝对可恢复，从而降低压缩感知数据收集方法对丢包的高敏感性，保证压缩感知数据收集方法在实际网络丢包环境下可以正常实施。
【专利说明】
-种有损链路下压缩感知数据收集方法及装置
技术领域
[0001 ]本发明属于压缩感知技术领域，更具体的说，尤其设及一种有损链路下压缩感知 数据收集方法及装置。
【背景技术】
[0002] 无线传感网络包括多个传感器节点和一个数据汇聚节点，每个传感器节点利用自 身内部的传感器感知周围环境的数据（也称为感知数据），通过压缩感知（Compressive Sensing, CS)技术将感知数据传输到数据汇聚节点。
[0003] 在无线传感网络基于CS技术传输数据的情况下，无线传感网络中N个传感器节点 的感知数据组成一个N*1的矢量，记为d。假设d是K稀疏的，那么根据压缩感知理论，d可W通 过相应的最优化算法准确重构原始的加权数据叠加包。假设随机观测矩阵为：Φ = (Φυ)ΜΧΝ，其中Μ?Ν，Μ为预设的观测次数，贝贩影后的观测矢量为:Y=(yi,j)Mxi=〇d。把观 测矢量Y传输到数据汇聚节点，则数据汇聚节点可W对d通过求解最优化问题的方法来重构 原始的加权数据叠加包。
[0004] 但是上述数据汇聚节点并不是接收单个传感器节点的感知数据，而是接收所有传 感器节点的感知数据的加权和(加权和称为感知数据的观测值），如图1所示，为了传输第i 次观测值给数据汇聚节点，传感器节点Si把感知数据dl乘W随机系数Φ 11得到加权数据叠 加包，并将加权数据叠加包发送给传感器节点S2,传感器节点S2也将其感知数据cb乘W随机 系数Φ i2，得到加权数据叠加包Φ ildl+ Φ i2d2给节点传感器节点S3，W此类推，传感器节点Sj 基于其接收的观测值和自己的感知数据的加权和得到加权数据叠加包Φ ildl+ Φ i2d2+. . .+ Φυ山并发送给传感器节点Sw，最后数据汇聚节点接收到的第i次观测值为。当 数据汇聚节点接收到所有的Μ次观测值后，构成观测向量y e rMxi，运样数据汇聚节点根据观 测矩阵Φ和稀疏基Ψ即可恢复稀疏信号S，然后经过稀疏域的逆变化即可得到原始的加权 数据叠加包X，其中观测向量7=Φχ=ΦΨ3。
[0005] 由上述感知数据传输过程可知，若任意一条传输链路发生了数据丢包现象，那么 丢失的数据包可能不仅仅是一个传感器节点的感知数据，而可能是很多个前端的传感器节 点的感知数据，运将大大降低数据恢复精度。目前针对运种情况的解决方式是:在各个传感 器节点之间和传感器节点与数据汇聚节点之间重传加权数据叠加包。当最大重传次数为30 时，网络的丢包率仍维持在20%左右，由此可知重传感知数据不能保证数据的绝对恢复，而 且重传感知数据还会提高节点能耗W及降低网络寿命。发明人通过仿真试验证明，在网络 的丢包率达到2 %的情况下，数据恢复精度就无法满足要求，也即目前的压缩感知数据收集 方法对丢包具有高敏感性。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种有损链路下压缩感知数据收集方法及装 置，用于降低压缩感知数据收集方法对丢包的高敏感性，保证压缩感知数据收集方法在实 际网络丢包环境下可w正常实施。技术方案如下：
[0007] 本发明提供一种有损链路下压缩感知数据收集方法，所述方法包括：
[0008] 通过无线传感网络中的各个传感器节点采集各自监测区域内的数据；
[0009] 在各个传感器节点对应的传输链路上传输与所述数据对应的加权数据叠加包；
[0010] 当任意一条传输链路在传输所述加权数据叠加包时发生数据丢包现象时，确定发 生数据丢包现象的所述传输链路的链路类型；
[0011] 基于所述链路类型，获得与所述链路类型相对应的补包传输机制；
[0012] 基于所述补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收 的数据包。
[0013] 优选的，所述基于所述链路类型，获得与所述链路类型相对应的补包传输机制，包 括：
[0014] 当所述链路类型为远距离丢包链路类型时，获得与所述远距离丢包链路类型对应 的时间序列相关性补包机制；
[0015] 当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，获得与所述灰区丢包链路类型对应的重 传机制和时间序列相关性补包机制；
[0016] 当所述链路类型为误码丢包链路类型时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路 的丢包类型，当所述丢包类型为块状丢包时，获得与所述块状丢包对应的时间序列相关性 补包机制；当所述丢包类型为随机丢包时，获得与所述随机丢包对应的重传机制。
[0017] 优选的，所述基于所述补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中 接收节点接收的数据包，包括：
[0018] 当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，在预设重传次数内基于重传机制恢复发 生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包；
[0019] 若在预设重传次数后仍未成功恢复丢失的数据包，则基于时间序列相关性补包机 制恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包。
[0020] 优选的，当所述补包传输机制为所述时间序列相关性补包机制时，所述基于所述 补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包，包括： [0021 ]在第T轮数据收集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取所述接收节点在 第T轮数据收集的前预设轮在第j次观测到的数据包，其中T和j为自然数，j大于等于1且j小 于等于M，M为每轮数据收集的观测总次数，T表示数据收集的轮数；
[0022] 根据前预设轮距离T轮数据收集的时间远近，W不同的加权系数对前预设轮在第j 次观测到的数据包进行加权处理，得到所述接收节点在第T轮第j次观测的数据包。
[0023] 优选的，所述当所述链路类型为误码丢包链路类型时，确定发生数据丢包现象的 所述传输链路的丢包类型，包括：
[0024] 基于无线传感网络的初始化阶段的独立随机丢包统计结果，得到丢包间隔为预设 间隔的第一相对频率值；
[0025] 在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据过程中，统计发生数据丢包现象的 所述传输链路上的收发包情况；
[0026] 基于所述发生数据丢包现象的所述传输链路上的收发包情况，计算预设滑动窗下 丢包间隔为预设间隔的第二相对频率值；
[0027] 当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对差值小于等于预设差值时， 确定所述丢包类型为所述随机丢包；
[0028] 当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对差值大于所述预设差值时， 确定所述丢包类型为所述块状丢包。
[0029] 优选的，所述当任意一条传输链路在传输所述加权数据叠加包时发生数据丢包现 象时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路的链路类型，包括：
[0030] 计算发生数据丢包现象的所述传输链路的接收信号强度指示RSSI均值；
[0031] 当所述RSSI均值小于第一预设均值时，确定所述链路类型为所述远距离丢包链路 类型；
[0032] 当所述RSSI均值大于等于所述第一预设均值，且所述RSSI均值小于等于第二预设 均值时，确定所述链路类型为所述灰区丢包链路类型，所述第二预设均值大于所述第一预 设均值；
[0033] 当所述RSSI均值大于所述第二预设均值时，确定所述链路类型为所述误码丢包链 路类型。
[0034] 本发明还提供一种有损链路下压缩感知数据收集装置，所述装置包括：
[0035] 采集模块，用于通过无线传感网络中的各个传感器节点采集各自监测区域内的数 据；
[0036] 传输模块，用于在各个传感器节点对应的传输链路上传输与所述数据对应的加权 数据叠加包；
[0037] 确定模块，用于当任意一条传输链路在传输所述加权数据叠加包时发生数据丢包 现象时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路的链路类型；
[0038] 获得模块，用于基于所述链路类型，获得与所述链路类型相对应的补包传输机制；
[0039] 恢复模块，用于基于所述补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路 中接收节点接收的数据包。
[0040] 优选的，所述获得模块包括:第一获得子模块、第二获得子模块和第Ξ获得子模 块；
[0041] 所述第一获得子模块，用于当所述链路类型为远距离丢包链路类型时，获得与所 述远距离丢包链路类型对应的时间序列相关性补包机制；
[0042] 所述第二获得子模块，用于当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，获得与所述 灰区丢包链路类型对应的重传机制和时间序列相关性补包机制；
[0043] 所述第Ξ获得子模块，用于当所述链路类型为误码丢包链路类型时，确定发生数 据丢包现象的所述传输链路的丢包类型，当所述丢包类型为块状丢包时，获得与所述块状 丢包对应的时间序列相关性补包机制；当所述丢包类型为随机丢包时，获得与所述随机丢 包对应的重传机制。
[0044] 优选的，所述恢复模块，用于当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，在预设重传 次数内基于重传机制恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包，若 在预设重传次数后仍未成功恢复丢失的数据包，则基于时间序列相关性补包机制恢复发生 数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包。
[0045] 优选的，所述恢复模块包括:第一恢复子模块和第二恢复子模块；
[0046] 所述第一恢复子模块，用于当所述补包传输机制为重传机制时，通过所述加权数 据叠加包的重传来恢复丢失的数据包；
[0047] 所述第二恢复子模块，用于当所述补包传输机制为所述时间序列相关性补包机制 时，在第T轮数据收集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取所述接收节点在第T轮 数据收集的前预设轮在第j次观测到的数据包，根据前预设轮距离T轮数据收集的时间远 近，W不同的加权系数对前预设轮在第j次观测到的数据包进行加权处理，得到所述接收节 点在第T轮第j次观测的数据包，其中T和j为自然数，j大于等于1且j小于等于M，M为每轮数 据收集的观测总次数，T表示数据收集的轮数。
[0048] 优选的，所述第Ξ获得子模块包括:第一计算子模块、统计子模块、第二计算子模 块、第一确定子模块、第二确定子模块和第Ξ确定子模块；
[0049] 所述第一计算子模块，用于基于无线传感网络的初始化阶段的独立随机丢包统计 结果，得到丢包间隔为预设间隔的第一相对频率值；
[0050] 所述统计子模块，用于在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据过程中，统 计发生数据丢包现象的所述传输链路上的收发包情况；
[0051] 所述第二计算子模块，用于基于所述发生数据丢包现象的所述传输链路上的收发 包情况，计算预设滑动窗下丢包间隔为预设间隔的第二相对频率值；
[0052] 所述第一确定子模块，用于当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对 差值小于等于预设差值时，确定所述丢包类型为所述随机丢包；
[0053] 所述第二确定子模块，用于当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对 差值大于所述预设差值时，确定所述丢包类型为所述块状丢包；
[0054] 所述第Ξ确定子模块，用于当所述丢包类型为块状丢包时，获得与所述块状丢包 对应的时间序列相关性补包机制；当所述丢包类型为随机丢包时，获得与所述随机丢包对 应的重传机制。
[0055] 优选的，所述确定模块包括:计算子模块、第一类型确定子模块、第二类型确定子 模块和第Ξ类型确定子模块；
[0056] 所述计算子模块，用于计算发生数据丢包现象的所述传输链路的接收信号强度指 示RSSI均值；
[0057] 所述第一类型确定子模块，用于当所述RSSI均值小于第一预设均值时，确定所述 链路类型为所述远距离丢包链路类型；
[0058] 所述第二类型确定子模块，用于当所述RSSI均值大于等于所述第一预设均值，且 所述RSSI均值小于等于第二预设均值时，确定所述链路类型为所述灰区丢包链路类型，所 述第二预设均值大于所述第一预设均值；
[0059] 所述第Ξ类型确定子模块，用于当所述RSSI均值大于所述第二预设均值时，确定 所述链路类型为所述误码丢包链路类型。
[0060] 与现有技术相比，本发明提供的上述技术方案具有如下优点：
[0061 ]在各个传感器节点对应的传输链路上传输加权数据叠加包过程中，若任意一条传 输链路发生数据丢包现象，则会确定发生数据丢包现象的传输链路的链路类型，并基于链 路类型获得与链路类型相对应的补包传输机制来恢复接收节点丢失的数据包，运就意味着 本发明中补包传输机制不单单是上述重传机制，而是可W基于链路类型选择对应的补包传 输机制，通过对应的补包传输机制来恢复接收节点丢失的数据包，w保证传输链路中丢失 的数据包的绝对可恢复，从而降低压缩感知数据收集方法对丢包的高敏感性，保证压缩感 知数据收集方法在实际网络丢包环境下可W正常实施。
【附图说明】
[0062] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明 的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据 运些附图获得其他的附图。
[0063] 图1是现有压缩感知数据的传输示意图；
[0064] 图2是随机丢包的示意图；
[0065] 图3是块状丢包的示意图；
[0066] 图4是本发明实施例提供的有损链路下压缩感知数据收集方法的流程图；
[0067] 图5是本发明实施例提供的有损链路下压缩感知数据收集方法的一种子流程图；
[0068] 图6是传输链路中PRR与RSSI均值的关系示意图；
[0069] 图7是本发明实施例提供的有损链路下压缩感知数据收集方法的另一种子流程 图；
[0070] 图8是数据包接收情况统计二进制序列的示意图；
[0071 ]图9是传输链路丢包的示意图；
[0072] 图10是单节点数据时隙的分布示意图；
[0073] 图11是本发明实施例提供的有损链路下压缩感知数据收集装置的结构示意图；
[0074] 图12有损链路下压缩感知数据收集装置中确定模块的结构示意图；
[0075] 图13是有损链路下压缩感知数据收集装置中获得模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0076] 为使本领域技术人员更好地理解本发明实施例，首先对本发明实施例设及到的专 业术语进行说明，专业术语如下：
[0077] 最小生成树(Minimum span tree,MST)路由：无线传感网络的树状拓扑结构下的 路由协议之一，主要功能是实现网络节点的拓扑组网，其基本思想是从数据汇聚节点端出 发，首先找到距离数据汇聚节点最近的节点，将运些节点作为距离数据汇聚节点端的第一 层节点加入到网络拓扑中，之后将上述节点(包含数据汇聚节点)整体作为一个集合1，再找 出距离集合1最近的未加入到网络拓扑中的所有节点，作为第二层节点加入到网络拓扑中， 之后再将已经加入到网络拓扑中的所有节点作为集合2,再从未加入到网络拓扑中的所有 节点中，找到距离集合2最近的所有节点加入到网络拓扑中，依次类推，直至所有节点加入 到网络拓扑中，从而实现了全网节点的组网。并且MST路由可W保证全网节点间的通信距离 最短，由于无线通信的通信距离越长，对应的能耗就越大，所WMST路由可W降低全网的能 耗。
[0078] 重构:通过CS技术的重构算法将已经被压缩的信号重构出来。
[00巧]重构信号信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR):反应的是重构信号与原始信号 的接近程度，SNR值越大说明重构的精度越高，重构信号对应的数据包与原始的数据包的接 近程度越大，反之越小。重构信号SNR的计算公式为：
[0080] SNR=101g( I |z〇| k/| |z〇-Zrebuild||2)
[0081] 其中zo是原始信号列向量，Zrebuild是重构出来的信号列向量，Μ -112是指向量的2 范数，例如列向量 X=[X1，X2，···，Χη]Τ,其 2 范数为 I |x| |2=(Χ?2+Χ22+···+Χη2)1/2。
[0082] 丢包间隔：丢包间隔是指网络的某条传输链路上，相邻的两次数据包传送失败的 时间间隔，其反映的是传输链路丢包的突发性特征，例如假设第一次数据包传输失败，而第 二次数据包传输成功，第Ξ次数据包传输又失败，则丢包间隔为2;传输链路的丢包间隔越 大，链路丢包的突发性越小，丢失的数据包之间的相关性也越小，反之，突发性越大，丢失的 数据包之间的相关性也越大。
[0083] 远距离丢包：由于通信距离太远而产生丢包，此种类型丢包对于接收节点而言，其 不能接收到任何数据包的信息。
[0084] 误码丢包：由于传输链路质量等各种原因造成的数据包码位反转而造成的错包， 在接收节点由于循环冗余校验码(切clic Redundancy化eck，CRC)校验不通过而丢弃，此 种类型丢包对于接收节点而言可W接收到数据包的部分正确信息，其中远距离丢包和误码 丢包是从传输链路的类型角度划分。
[0085] 随机丢包:此种类型丢包通常是由外界突发噪声、数据冲突等造成，如图2所示;其 具有随机性、节点丢包具有独立同分布、时间上不存在关联性，且相邻的两次发送不相关， 因此此种类型丢包通常采用重传机制就可较好恢复丢包。
[0086] 块状丢包:此种类型丢包通常由网络拥塞、信道记忆、链路相关突发等原因造成， 如图3所示;此种类型丢包通常在时间上具有关联性，会出现短暂的链路连续丢包现象，因 此重传不能很好的解决该类型的丢包恢复，上述随机丢包和块状丢包是从丢包类型划分。
[0087] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0088] 请参阅图4,其示出了本发明实施例提供的有损链路下压缩感知数据收集方法的 流程图，用于为不同的链路类型选择相对应的补包传输机制进行数据包恢复，可W包括W 下步骤：
[0089] 101:通过无线传感网络中的各个传感器节点采集各自监测区域内的数据。其中各 个传感器节点被预先安装在监测区域内，运样各个传感器节点就可W采集各自监测区域内 的数据，在本发明实施例中，各个传感器节点可W基于CS技术来传输采集到的数据，并且传 感器节点可W基于CS技术传输数据的现有方式进行数据收集，对此本发明实施例不再进行 详述。
[0090] 102:在各个传感器节点对应的传输链路上传输与数据对应的加权数据叠加包。在 本发明实施例中，各个传感器节点可W采用图1所示方式在传输链路上传输加权数据叠加 包，即对于某轮数据收集过程中的第i次观测来说，第j个传感器节点传输的加权数据叠加 包是:餐/； J = 1，2···，N，也就是说第j个传感器节点的加权数据叠加包是将自身采集 的数据与对应的随机系数相乘，并将相乘结果与第j-1个传感器节点的加权数据叠加包相 加得到，而第1个传感器节点的加权数据叠加包是：Φικ1ι，其中N为传输链路中传感器节点 的总数。
[0091 ] 103:当任意一条传输链路在传输加权数据叠加包时发生数据丢包现象时，确定发 生数据丢包现象的传输链路的链路类型。
[0092] 目前已有多种现有方式来判断传输链路是否发生数据丢包现象，例如传输链路中 的丢包情况可通过分组接收率(Packet Reception Ratio,PRR)来反应，需要注意的是，运 里的PRR指的是接收节点接收到的数据包比率，而并非指接收节点正确接收的数据包比率， 因此通过PRR可W反应远距离丢包链路类型的传输链路的丢包情况，对于判断其他链路类 型的传输链路是否发生数据丢包现象的方式W及其他判断远距离丢包链路类型的传输链 路是否发生数据丢包现象的方式可W参阅现有方式，对此本发明实施例不再一一阐述。而 对于链路类型来说，其可W通过表征传输链路的质量好坏的至少一个参数来确定。
[0093] 可W理解的是：传输链路的质量与节点之间的通信距离有关，而节点间的通信距 离可W通过接收信号强度指示(Received Si即al Strength Indication,RSSI)来反应，因 此在本发明实施例中可W通过RSSI均值来确定链路类型，其过程可W参阅图5所示，可W包 括W下步骤：
[0094] 1031:计算发生数据丢包现象的传输链路的RSSI均值。在各个传感器节点采集各 自监测区域内的数据时，实时统计每条传输链路收发数据包过程中的RSSI值，然后根据统 计的RSSI值计算发生数据丢包现象的传输链路的RSSI均值。其计算方式如下：
[0095] 若当前实时统计的统计长度大于等于预设长度L，则选取最近L期统计的RSSI值计 算RSSI均值;若当前实时统计的统计长度小于预设长度L，则选取当前统计的所有RSSI值计 算RSSI均值。
[0096] 例如预设长度L的取值可W为20,则在计算RSSI均值时，会选取最近20期统计的 RSSI值，在本发明实施例中预设长度的取值是一个经验取法，可W根据具体情况而变，对此 本发明实施例并不限定其具体取值。
[0097] 1032:当RSSI均值小于第一预设均值时，确定链路类型为远距离丢包链路类型。
[0098] 1033:当RSSI均值大于等于第一预设均值，且RSSI均值小于等于第二预设均值时， 确定链路类型为灰区丢包链路类型，其中第二预设均值大于第一预设均值。
[0099] 1034:当RSSI均值大于第二预设均值时，确定链路类型为误码丢包链路类型。
[0100] 发明人通过对无锡市传感网系统绿野千传(Green化bs)原型系统数据的处理和分 析，发现当RSSI均值在[-90地m，-85地m]时，传输链路会出现较多的远距离丢包，当RSSI均 值大于-80地m时，传输链路近乎不存在远距离丢包，当RSSI均值小于-90地m时，传输链路近 乎全为远距离丢包，如图6所示，运样传输链路的RSSI均值可W分为Ξ个范围：小于-90地m (考征功率绝对值的值），[-90地m，-80地m]之间和大于-80地m;其对应的传输链路分别为质 量较差链路、灰区链路和质量较好链路。因此，本发明实施例可W将第一预设均值设置为- 90地m，将第二预设均值设置为-80地m，并按照如下方式界定传输链路：
[0101] 当RSSI均值大于-80地m时，节点间的通信距离较为理想，若传输链路发生网络丢 包，通常由数据包CRC校验出错而产生，而传输链路可近100%的概率接收到数据包(不 考虑数据包的正确与否），因此将其对应的传输链路的链路类型确定为误码丢包链路类型；
[0102] 当RSSI均值介于-90地m和-80地m之间时，传输链路的通信质量不稳定，若传输链 路发生数据丢包，不容易界定是何种类型，因此将其对应的传输链路的链路类型确定为灰 区丢包链路类型；
[0103] 当RSSI均值小于-90地m时，传输链路的通信质量较差，节点间的通信距离较远，此 时若传输链路发生数据丢包，则该条传输链路上将会W较大的概率出现远距离丢包，因此 可W将传输链路的链路类型确定为远距离丢包链路类型。
[0104] 104:基于链路类型，获得与链路类型相对应的补包传输机制。也就是，对于不同链 路类型，若基于CS技术传输数据过程中发生数据丢包，则采用不同的补包传输机制恢复丢 失的数据包，W保证网络能耗和信号重构精度均能达到较好的状态，提高网络性能，具体的 机制选择如表1所示。
[0105] 表1不同链路类型对应的补包传输机制
[0106]
[0107] 从上述表1可知，当链路类型为远距离丢包链路类型时，对应的补包传输机制为时 间序列相关性补包机制；当链路类型为灰区丢包链路类型时，对应的补包传输机制为重传 机制和时间序列相关性补包机制；当链路类型为误码丢包链路类型时，需要首先确定发生 数据丢包现象的传输链路的丢包类型，当丢包类型为块状丢包时，对应的补包传输机制为 时间序列相关性补包机制；当丢包类型为随机丢包时，对应的补包传输机制为重传机制。
[0108] 在本发明实施例中，确定发生数据丢包现象的传输链路的丢包类型的过程如图7 所示，可W包括W下步骤：
[0109] 1041:基于无线传感网络的初始化阶段的独立随机丢包统计结果，得到丢包间隔 为预设间隔的第一相对频率值。
[0110] 可W理解的是:无线传感网络的初始化阶段主要完成:构建网络路由、分发CS观测 向量和获取链路独立随机丢包先验信息（即获取独立随机丢包统计结果）。具体的，假设无 线传感网络的全网共有N个传感器节点，被随机部署在监测区域内，且一经部署不再移动， 各传感器节点周期性的采集各自监测区域内的数据。无线传感网络由数据汇聚节点开始， WMST路由方式，逐级向网络中加入距离网络最近的节点，直至所有节点包含到网络中，形 成树状的多跳拓扑网络结构。
[0111] 在独立随机丢包统计过程的时间段T1内，数据汇聚节点在全网的全部传输链路中 随机选择条传输链路，每条传输链路上的收发节点互发测试包，如化11〇包，并统 计化11〇包的丢包情况，统计结束后各条传输链路将统计结果沿路由分别传送至数据汇聚 节点端，作为网络的独立随机丢包统计结果。
[0112] 在独立随机丢包统计结果中可W用变量Xi表示接收节点S的第i个数据包接收情 况，假设Xi=l表示第i个数据包被成功接收，Xi = 〇表示第i个数据包未被成功接收，则每个 节点均可用图8中所示的二进制序列来表示节点的数据包接收情况。图8中的二进制序列 {Xi}表示数据包的接收情况，"Γ表示数据包被正确接收，"ο"表示数据包未被正确接收，其 中两个连续的"0"表示丢包间隔为预设间隔1。在图8中共有9次丢包，即存在9次丢包间隔的 统计，其中，丢包间隔为预设间隔1的共有4次，则丢包间隔为预设间隔1的第一相对频率为 Piid = 4/9 = 0.44。
[0113] 1042:在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据过程中，统计发生数据丢包 现象的传输链路上的收发包情况。在各个传感器节点采集数据的初始化时间段T2内，各个 传感器节点WCS数据收集方式在传输链路中沿路由发送测试包，如化11〇包，在此发送过程 中统计各条传输链路的数据包接收情况，直至CS数据收集初始化结束。在CS数据收集初始 化结束后，表征数据包接收情况的二进制序列{Xi}的初始化完成，因此可W将二进制序列 {Xi}作为丢包类型预判的先验信息，运样通过统计传输链路中测试包的收发情况，可W得 到对应的发生数据丢包现象的传输链路上的收发包情况。
[0114] 在本发明实施例中，上述时间段T1和初始化时间段T2的取值与无线传感网络中一 轮压缩感知数据收集的时间t有关，如Tl = 5t，T2=10t，本发明实施例并不限定运两个时间 段的具体取值。
[0115] 1043:基于发生数据丢包现象的传输链路上的收发包情况，统计预设滑动窗下丢 包间隔为预设间隔的第二相对频率值。之所W采用预设滑动窗来统计，是为了避免长时间 预测丢包类型带来的结果时效性差的问题，而采用预设滑动窗统计的方法，提高结果匹配 的实时性和准确度。在本发明实施例中，采用长度为K的预设滑动窗，计算并统计预设滑动 窗下丢包间隔为预设间隔1的第二相对频率值P，其中K的取值为经验取法，比如可W将K的 取值设置为20,其可W根据具体情况而变，本发明实施例并不限定其具体取值。
[0116] 1044:当第二相对频率值和第一相对频率值的绝对差值小于等于预设差值时，确 定丢包类型为随机丢包。
[0117] 1045:当第二相对频率值和第一相对频率值的绝对差值大于预设差值时，确定丢 包类型为块状丢包。
[0118] 其中绝对差值是预先设置的一个整数，所述绝对差值的大小决定了系统的预判误 差，取值范围定义为(0,0.4)，具体可W根据实际情况可变。例如设置绝对差值为0.1，若 Piid-p I《0.1，则确定当前传输链路状态下W大概率为随机丢包;若I piid-p I >0.1，则确定 当前传输链路状态下W大概率为块状丢包。
[0119] 105:基于补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的传输链路中接收节点接收的数 据包。从上述各条链路类型对应的补包传输机制可知，本发明实施例中的各条传输链路在 采用重传机制不能恢复数据包的情况下，可W采用时间序列相关性补包机制，其中时间序 列相关性补包机制主要应用于Ξ种链路类型下：
[0120] 远距离丢包链路类型；
[0121 ]误码丢包链路类型，且丢包类型为块状丢包；
[0122] 灰区丢包链路类型，且采用预设重传次数仍存在数据丢包现象，也就是说对于灰 区丢包链路类型来说，在预设重传次数内基于重传机制恢复发生数据丢包现象的传输链路 中接收节点接收的数据包，若在预设重传次数后仍未成功恢复丢失的数据包，则基于时间 序列相关性补包机制恢复发生数据丢包现象的传输链路中接收节点接收的数据包。
[0123] 在无线传感网络中，各个传感器节点传输的加权数据叠加包在时间上具有一定的 相关性，并且在时间序列上与最相近的时隙数据的相关性最强，较远时隙的数据，相关性则 相对较弱。因此，在采用时间序列相关性补包机制对丢失的数据包进行补包时，需要针对距 离丢包时隙不同的时间间隔采用不同的权系数值W提高补包的精度。
[0124] 其中，在基于CS技术的数据收集过程中，丢失的数据包是丢包的传输链路前端的 所有传感器节点的数据之和。虽然该数据包值不是传感器节点直接采集到的原始数据，但 由于线性变换并不改变数据之间本身的时间相关性，所W丢失的数据包依然具有时间相关 性。例如，如图9所示的网络链路中，假设网络链路的前端1个传感器节点的数据之和，即第1 个传感器节点传输的加权数据叠加包在传递给第1+1个传感器节点时发生数据包丢失，即 数据隹
丢失，其中ai是第i个传感器节点对应的随机系数，XI是第i个传感器节点采集 的数据，由于传感器节点采集的数据XI在其对应的时间序列上具有时间相关性，所W对于 传感器节点1+1接收到的加权数据叠加包
在其对应的时间序列上也具有时间相关性。
[0125] 由于基于CS技术的每轮数据收集又分为多次观测进行，而每次观测对应的加权系 数都不同，因此丢包的时间序列应是由丢包所在观测轮的前预设轮收集到的数据包组成 的。如图10所示，对于某个接收节点来说，若接收节点在第轮数据收集的第3次测量中发 生了数据丢包，如图10中的黑框位置，则组成时间序列的数据包应为图10中灰色条状区域。
[0126] 基于此，当补包传输机制为时间序列相关性补包机制时恢复接收节点接收的数据 包的过程是：
[0127] 在第T轮数据收集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取接收节点在第T 轮数据收集的前预设轮在第j次观测到的数据包，其中T和j为自然数，j大于等于1且j小于 等于M，M为每轮数据收集的观测总次数，T表示数据收集的轮数;根据前预设轮距离T轮数据 收集的时间远近，W不同的加权系数对前预设轮在第j次观测到的数据包进行加权处理，得 到所述接收节点在第T轮第j次观测的数据包。
[0128] 具体的，在第T轮数据收集的第j次测量发生数据丢失现象的情况下，在发生丢包 现象的传输链路的接收节点的存储器中，寻找发生丢包轮的前预设轮接收节点在第j次观 测到的数据包（即在第j次观测次数接收到的数据包），组成时间相关性序列（DT-k， DT-k-i，. . .，Dt-2，Dt-i); W图10为例，接收节点X在第轮数据收集的第3次测量中发生了数 据丢包，则组成时间相关性序列的数据包是灰色条状区域的接收节点X接收到的数据包，即 接收节点X的第kl-k轮到第心2轮的第3次测量接收到的数据包。
[0129] 其中k为预设轮，由于预设论k值决定预测模型的阶数，并影响丢包的恢复精度，因 此在本发明实施例中采用实时动态调整方式来确定k值，W保证预测模型性能最优。比如设 置预测误差的上限为eub，预测误差的下限为eib，初始k值设置为心=5,当补包传输机制采用 过时间序列相关性补包机制后，等待最近一次正常收发的真实数据包Xr，然后利用当前k 值，构建k阶预测模型，预测出真实数据包对应序列的预测值;r，计算预测误差e = x,.-衣，若 预测误差e在(eib，eub)之内，则不需调整k值;若预测误差不在上述范围，则分别取调整步长 为+1、-1调整k值，并分别再次计算当前预测误差ei、e2,若I ei I < I Θ21，则选取步长+1更新k 值，否贝ij,选取步长-1。其中，eib二-5 % *虹，eub二巧％ *虹。
[0130] 相应的，上述加权系数可W预先设置，其中预先设置的加权系数如表2所示。
[0131] 表2不同时隙数据的加权系数
[0132]
[0133] 假设在第T轮数据收集过程中发生了数据丢包，按照表2所示的加权系数，分别对 第T轮的前k轮的时间相关性序列进行相应的加权处理，得到接收节点X在第T轮接收的数据 包是：
作为接收节点在第T轮第j 次测量的数据包在网络路由中向下一节点传输，W完成整个数据压缩采样过程。
[0134] 从上述技术方案可知，在各个传感器节点对应的传输链路上传输加权数据叠加包 过程中，若任意一条传输链路发生数据丢包现象，则会确定发生数据丢包现象的传输链路 的链路类型，并基于链路类型获得与链路类型相对应的补包传输机制，运就意味着本发明 中补包传输机制不单单是上述重传机制，而是可W基于链路类型选择对应的补包传输机 审IJ，通过对应的补包传输机制来恢复接收节点丢失的数据包，W保证传输链路中丢失的数 据包的绝对可恢复，从而降低压缩感知数据收集方法对丢包的高敏感性，保证压缩感知数 据收集方法在实际网络丢包环境下可W正常实施。
[0135] 例如可W采用时间序列相关性补包机制来利用节点数据包的时间相关性对丢失 的数据包进行恢复，W此保证传输链路中丢失的数据包的绝对可恢复，在丢失的数据包采 用时间相关性可W绝对恢复的情况下，无线传感网络可W不再重传丢失的数据包，进而降 低因丢包重传而造成节点的额外能耗，进一步提高网络寿命。
[0136] 并且本发明实施例采用在树状网络拓扑结构下的CS技术，每轮数据收集分为Μ次 测量进行，运样在每轮数据收集过程中，路由链路中的各节点均发送Μ个数据包（如图1所 示），因此保证网络能耗均衡;在每轮数据收集过程中，全网Ν个传感器节点若采用CS技术进 行数据收集，则每个传感器节点均发送Μ个数据包，全网共发送Ν*Μ个数据包，若采用传统的 数据方式，不仅每个传感器节点的能耗不均衡，而且全网共发送Ν* (Ν-1 )/2个数据包，由于Μ ?Ν，所WN*M<N*(N-l)/2,所W采用CS技术不仅能均衡能耗，还能降低网络的整体能耗。
[0137] 对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是 本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些 步骤可W采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述 的实施例均属于优选实施例，所设及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0138] 与上述方法实施例相对应，本发明还提供一种有损链路下压缩感知数据收集装 置，其结构示意图如图11所示，可W包括:采集模块11、传输模块12、确定模块13、获得模块 14和恢复模块15。
[0139] 采集模块11，用于通过无线传感网络中的各个传感器节点采集各自监测区域内的 数据。
[0140] 传输模块12,用于在各个传感器节点对应的传输链路上传输与数据对应的加权数 据叠加包。
[0141] 确定模块13,用于当任意一条传输链路在传输加权数据叠加包时发生数据丢包现 象时，确定发生数据丢包现象的传输链路的链路类型。
[0142] 目前已有多种现有方式来判断传输链路是否发生数据丢包现象，例如传输链路中 的丢包情况可通过PRR来反应，需要注意的是，运里的PRR指的是接收节点接收到的数据包 比率，而并非指接收节点正确接收的数据包比率，因此通过PRR可W反应远距离丢包链路类 型的传输链路的丢包情况，对于判断其他链路类型的传输链路是否发生数据丢包现象的方 式W及其他判断远距离丢包链路类型的传输链路是否发生数据丢包现象的方式可W参阅 现有方式，对此本发明实施例不再一一阐述。而对于链路类型来说，其可W通过表征传输链 路的质量好坏的至少一个参数来确定。
[0143] 可W理解的是：传输链路的质量与节点之间的通信距离有关，而节点间的通信距 离可W通过RSSI来反应，因此在本发明实施例中确定模块13可W通过RSSI均值来确定链路 类型，其结构示意图如图12所示，可W包括:计算子模块121、第一类型确定子模块122、第二 类型确定子模块123和第Ξ类型确定子模块124。
[0144] 计算子模块121，用于计算发生数据丢包现象的传输链路的接收信号强度指示 RSSI均值。在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据时，实时统计每条传输链路收发 数据包过程中的RSSI值，然后根据统计的RSSI值计算发生数据丢包现象的传输链路的RSSI 均值。计算子模块121的计算方式如下：
[0145] 若当前实时统计的统计长度大于等于预设长度L，则选取最近L期统计的RSSI值计 算RSSI均值;若当前实时统计的统计长度小于预设长度L，则选取当前统计的所有RSSI值计 算RSSI均值。
[0146] 例如预设长度L的取值可W为20,则在计算RSSI均值时，会选取最近20期统计的 RSSI值，在本发明实施例中预设长度的取值是一个经验取法，可W根据具体情况而变，对此 本发明实施例并不限定其具体取值。
[0147] 第一类型确定子模块122,用于当RSSI均值小于第一预设均值时，确定链路类型为 远距离丢包链路类型。
[0148] 第二类型确定子模块123,用于当RSSI均值大于等于第一预设均值，且RSSI均值小 于等于第二预设均值时，确定链路类型为灰区丢包链路类型，第二预设均值大于第一预设 均值。
[0149] 第Ξ类型确定子模块124,用于当RSSI均值大于第二预设均值时，确定链路类型为 误码丢包链路类型。在本发明实施例中，上述第一预设均值可W设置为-90地m，第二预设均 值可W设置为-80地m，运两个预设均值的取值是发明人通过对GreenOrbs原型系统数据的 处理和分析得到的。
[0150] 获得模块14,用于基于链路类型，获得与链路类型相对应的补包传输机制。也就 是，对于不同链路类型，若基于CS技术传输数据过程中发生数据丢包，则采用不同的补包传 输机制恢复丢失的数据包，W保证网络能耗和信号重构精度均能达到较好的状态，提高网 络性能。
[0151] 具体的，获得模块14的结构示意图如图13所示，可W包括:第一获得子模块141、第 二获得子模块142和第Ξ获得子模块143。
[0152] 第一获得子模块141，用于当链路类型为远距离丢包链路类型时，获得与远距离丢 包链路类型对应的时间序列相关性补包机制。
[0153] 第二获得子模块142,用于当链路类型为灰区丢包链路类型时，获得与灰区丢包链 路类型对应的重传机制和时间序列相关性补包机制。
[0154] 第Ξ获得子模块143，用于当链路类型为误码丢包链路类型时，确定发生数据丢包 现象的传输链路的丢包类型，当丢包类型为块状丢包时，获得与块状丢包对应的时间序列 相关性补包机制，当丢包类型为随机丢包时，获得与随机丢包对应的重传机制。
[0155] 相应的，第Ξ获得子模块143包括:第一计算子模块、统计子模块、第二计算子模 块、第一确定子模块、第二确定子模块和第Ξ确定子模块。
[0156] 第一计算子模块，用于基于无线传感网络的初始化阶段的独立随机丢包统计结 果，得到丢包间隔为预设间隔的第一相对频率值。
[0157] 在独立随机丢包统计结果中可W用变量Xi表示接收节点S的第i个数据包接收情 况，假设Xi=l表示第i个数据包被成功接收，Xi = 〇表示第i个数据包未被成功接收，则每个 节点均可用图8中所示的二进制序列来表示节点的数据包接收情况。图8中的二进制序列 {Xi}表示数据包的接收情况，"Γ表示数据包被正确接收，"0"表示数据包未被正确接收，其 中两个连续的"0"表示丢包间隔为预设间隔1。在图8中共有9次丢包，即存在9次丢包间隔的 统计，其中，丢包间隔为预设间隔1的共有4次，则丢包间隔为预设间隔1的第一相对频率为 Piid = 4/9 = 0.44。
[0158] 统计子模块，用于在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据过程中，统计发 生数据丢包现象的传输链路上的收发包情况。
[0159] 第二计算子模块，用于基于发生数据丢包现象的传输链路上的收发包情况，计算 预设滑动窗下丢包间隔为预设间隔的第二相对频率值。之所W采用预设滑动窗来统计，是 为了避免长时间预测丢包类型带来的结果时效性差的问题，而采用预设滑动窗统计的方 法，提高结果匹配的实时性和准确度。在本发明实施例中，采用长度为K的预设滑动窗，计算 并统计预设滑动窗下丢包间隔为预设间隔1的第二相对频率值P，其中K的取值为经验取法， 比如可W将K的取值设置为20,其可W根据具体情况而变，本发明实施例并不限定其具体取 值。
[0160] 第一确定子模块，用于当第二相对频率值和第一相对频率值的绝对差值小于等于 预设差值时，确定丢包类型为随机丢包。
[0161] 第二确定子模块，用于当第二相对频率值和第一相对频率值的绝对差值大于预设 差值时，确定丢包类型为块状丢包。其中绝对差值是预先设置的一个整数，所述绝对差值的 大小决定了系统的预判误差，取值范围定义为(0,0.4)，具体可W根据实际情况可变。例如 设置绝对差值为0.1，若I Piid-p I《0.1，则确定当前传输链路状态下W大概率为随机丢包； 若IPiid-p I >0.1，则确定当前传输链路状态下W大概率为块状丢包。
[0162] 第Ξ确定子模块，用于当丢包类型为块状丢包时，获得与块状丢包对应的时间序 列相关性补包机制。当丢包类型为随机丢包时，获得与随机丢包对应的重传机制。
[0163] 恢复模块15,用于基于补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的传输链路中接收 节点接收的数据包。从上述各条链路类型对应的补包传输机制可知，本发明实施例中的各 条传输链路在采用重传机制不能恢复数据包的情况下，可W采用时间序列相关性补包机 审IJ，其中时间序列相关性补包机制主要应用于Ξ种链路类型下：
[0164] 远距离丢包链路类型；
[0165] 误码丢包链路类型，且丢包类型为块状丢包；
[0166] 灰区丢包链路类型，且采用预设重传次数仍存在数据丢包现象，也就是说对于灰 区丢包链路类型来说，恢复模块15在预设重传次数内基于重传机制恢复发生数据丢包现象 的传输链路中接收节点接收的数据包，若在预设重传次数后仍未成功恢复丢失的数据包， 则基于时间序列相关性补包机制恢复发生数据丢包现象的传输链路中接收节点接收的数 据包。
[0167] 在无线传感网络中，各个传感器节点传输的加权数据叠加包在时间上具有一定的 相关性，并且在时间序列上与最相近的时隙数据的相关性最强，较远时隙的数据，相关性则 相对较弱。因此，在采用时间序列相关性补包机制对丢失的数据包进行补包时，需要针对距 离丢包时隙不同的时间间隔采用不同的权系数值W提高补包的精度。
[0168] 其中，在基于CS技术的数据收集过程中，丢失的数据包是丢包的传输链路前端的 所有传感器节点的数据之和。虽然该数据包值不是传感器节点直接采集到的原始数据，但 由于线性变换并不改变数据之间本身的时间相关性，所W丢失的数据包依然具有时间相关 性。例如，如图9所示的网络链路中，假设网络链路的前端1个传感器节点的数据之和，即第1 个传感器节点传输的加权数据叠加包在传递给第1+1个传感器节点时发生数据包丢失，即 数据隹
丢失，其中ai是第i个传感器节点对应的随机系数，XI是第i个传感器节点采集 的数据，由于传感器节点采集的数据XI在其对应的时间序列上具有时间相关性，所W对于 传感器节点1+1接收到的加权数据叠加包
在其对应的时间序列上也具有时间相关性。
[0169] 由于基于CS技术的每轮数据收集又分为多次观测进行，而每次观测对应的加权系 数都不同，因此丢包的时间序列应是由丢包所在观测轮的前预设轮收集到的数据包组成 的。如图10所示，对于某个接收节点来说，若接收节点在第轮数据收集的第3次测量中发 生了数据丢包，如图10中的黑框位置，则组成时间序列的数据包应为图10中灰色条状区域。
[0170] 基于此，恢复模块15在补包传输机制为时间序列相关性补包机制的情况下，恢复 接收节点接收的数据包的过程是：
[0171] 在第T轮数据收集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取接收节点在第T 轮数据收集的前预设轮在第j次观测到的数据包，其中T和j为自然数，j大于等于1且j小于 等于M，M为每轮数据收集的观测总次数，T表示数据收集的轮数;根据前预设轮距离T轮数据 收集的时间远近，W不同的加权系数对前预设轮在第j次观测到的数据包进行加权处理，得 到所述接收节点在第T轮第j次观测的数据包。
[0172] 也就是说所述恢复模块包括:第一恢复子模块和第二恢复子模块;其中第一恢复 子模块，用于当补包传输机制为重传机制时，通过所述加权数据叠加包的重传来恢复丢失 的数据包。
[0173] 而第二恢复子模块则主要针对时间序列相关性补包机制的恢复，在第T轮数据收 集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取所述接收节点在第T轮数据收集的前预设 轮在第j次观测到的数据包，根据前预设轮距离T轮数据收集的时间远近，W不同的加权系 数对前预设轮在第j次观测到的数据包进行加权处理，得到所述接收节点在第T轮第j次观 测的数据包，其中τ和j为自然数，j大于等于1且j小于等于M，M为每轮数据收集的观测总次 数，T表示数据收集的轮数。
[0174] 具体的，在第T轮数据收集的第j次测量发生数据丢失现象的情况下，在发生丢包 现象的传输链路的接收节点的存储器中，寻找发生丢包轮的前预设轮接收节点在第j次观 测到的数据包（即在第j次观测次数接收到的数据包），组成时间相关性序列（DT-k，化-k -1，. . .，Dt-2，Dt-i); W图10为例，接收节点X在第轮数据收集的第3次测量中发生了数据 丢包，则组成时间相关性序列的数据包是灰色条状区域的接收节点X接收到的数据包，即接 收节点X的第kl-k轮到第心2轮的第3次测量接收到的数据包。
[0175] 其中k为预设轮，由于预设论k值决定预测模型的阶数，并影响丢包的恢复精度，因 此在本发明实施例中采用实时动态调整方式来确定k值，W保证预测模型性能最优。比如设 置预测误差的上限为eub，预测误差的下限为eib，初始k值设置为心=5,当补包传输机制采用 过时间序列相关性补包机制后，等待最近一次正常收发的真实数据包Xr，然后利用当前k 值，构建k阶预测模型，预测出真实数据包对应序列的预测值Sr，计算预测误差e = -f,，若 预测误差e在(eib，eub)之内，则不需调整k值;若预测误差不在上述范围，则分别取调整步长 为+1、-1调整k值，并分别再次计算当前预测误差ei、e2,若I ei I < I Θ21，则选取步长+1更新k 值，否贝 Ij，选取步长-1。其中，eib = -5%*Xr，eub = W%*Xr。
[0176] 从上述技术方案可知，在各个传感器节点对应的传输链路上传输加权数据叠加包 过程中，若任意一条传输链路发生数据丢包现象，则会确定发生数据丢包现象的传输链路 的链路类型，并基于链路类型获得与链路类型相对应的补包传输机制，运就意味着本发明 中补包传输机制不单单是上述重传机制，而是可W基于链路类型选择对应的补包传输机 审IJ，通过对应的补包传输机制来恢复接收节点丢失的数据包，W保证传输链路中丢失的数 据包的绝对可恢复，从而降低压缩感知数据收集方法对丢包的高敏感性，保证压缩感知数 据收集方法在实际网络丢包环境下可W正常实施。
[0177] 例如可W采用时间序列相关性补包机制来利用节点数据包的时间相关性对丢失 的数据包进行恢复，W此保证传输链路中丢失的数据包的绝对可恢复，在丢失的数据包采 用时间相关性可W绝对恢复的情况下，无线传感网络可W不再重传丢失的数据包，进而降 低因丢包重传而造成节点的额外能耗，进一步提高网络寿命。
[0178] 并且本发明实施例采用在树状网络拓扑结构下的CS技术，每轮数据收集分为Μ次 测量进行，运样在每轮数据收集过程中，路由链路中的各节点均发送Μ个数据包（如图1所 示），因此保证网络能耗均衡;在每轮数据收集过程中，全网Ν个传感器节点若采用CS技术进 行数据收集，则每个传感器节点均发送Μ个数据包，全网共发送Ν*Μ个数据包，若采用传统的 数据方式，不仅每个传感器节点的能耗不均衡，而且全网共发送Ν* (Ν-1 )/2个数据包，由于Μ ?Ν，所WN*M<N*(N-l)/2,所W采用CS技术不仅能均衡能耗，还能降低网络的整体能耗。
[0179] 需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重 点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。 对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所W描述的比较简单，相关之处参 见方法实施例的部分说明即可。
[0180] 最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将 一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示运些实体或操作 之间存在任何运种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意 在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那 些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为运种过程、方法、物品或者 设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排 除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0181] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对运 些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可 W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限 制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的 范围。
[0182] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种有损链路下压缩感知数据收集方法，其特征在于，所述方法包括： 通过无线传感网络中的各个传感器节点采集各自监测区域内的数据； 在各个传感器节点对应的传输链路上传输与所述数据对应的加权数据叠加包； 当任意一条传输链路在传输所述加权数据叠加包时发生数据丢包现象时，确定发生数 据丢包现象的所述传输链路的链路类型； 基于所述链路类型，获得与所述链路类型相对应的补包传输机制； 基于所述补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数 据包。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述链路类型，获得与所述链路 类型相对应的补包传输机制，包括： 当所述链路类型为远距离丢包链路类型时，获得与所述远距离丢包链路类型对应的时 间序列相关性补包机制； 当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，获得与所述灰区丢包链路类型对应的重传机 制和时间序列相关性补包机制； 当所述链路类型为误码丢包链路类型时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路的丢 包类型，当所述丢包类型为块状丢包时，获得与所述块状丢包对应的时间序列相关性补包 机制；当所述丢包类型为随机丢包时，获得与所述随机丢包对应的重传机制。3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述补包传输机制，恢复发生数 据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包，包括： 当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，在预设重传次数内基于重传机制恢复发生数 据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包； 若在预设重传次数后仍未成功恢复丢失的数据包，则基于时间序列相关性补包机制恢 复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包。4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，当所述补包传输机制为所述时间序列 相关性补包机制时，所述基于所述补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路 中接收节点接收的数据包，包括： 在第T轮数据收集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取所述接收节点在第T 轮数据收集的前预设轮在第j次观测到的数据包，其中T和j为自然数，j大于等于1且j小于 等于M，M为每轮数据收集的观测总次数，T表示数据收集的轮数； 根据前预设轮距离T轮数据收集的时间远近，以不同的加权系数对前预设轮在第j次观 测到的数据包进行加权处理，得到所述接收节点在第T轮第j次观测的数据包。5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当所述链路类型为误码丢包链路类型 时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路的丢包类型，包括： 基于无线传感网络的初始化阶段的独立随机丢包统计结果，得到丢包间隔为预设间隔 的第一相对频率值； 在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据过程中，统计发生数据丢包现象的所述 传输链路上的收发包情况； 基于所述发生数据丢包现象的所述传输链路上的收发包情况，计算预设滑动窗下丢包 间隔为预设间隔的第二相对频率值； 当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对差值小于等于预设差值时，确定 所述丢包类型为所述随机丢包； 当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对差值大于所述预设差值时，确定 所述丢包类型为所述块状丢包。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当任意一条传输链路在传输所述加权 数据叠加包时发生数据丢包现象时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路的链路类型， 包括： 计算发生数据丢包现象的所述传输链路的接收信号强度指示RSSI均值； 当所述RSSI均值小于第一预设均值时，确定所述链路类型为所述远距离丢包链路类 型； 当所述RSSI均值大于等于所述第一预设均值，且所述RSSI均值小于等于第二预设均值 时，确定所述链路类型为所述灰区丢包链路类型，所述第二预设均值大于所述第一预设均 值； 当所述RSSI均值大于所述第二预设均值时，确定所述链路类型为所述误码丢包链路类 型。7. -种有损链路下压缩感知数据收集装置，其特征在于，所述装置包括： 采集模块，用于通过无线传感网络中的各个传感器节点采集各自监测区域内的数据； 传输模块，用于在各个传感器节点对应的传输链路上传输与所述数据对应的加权数据 叠加包； 确定模块，用于当任意一条传输链路在传输所述加权数据叠加包时发生数据丢包现象 时，确定发生数据丢包现象的所述传输链路的链路类型； 获得模块，用于基于所述链路类型，获得与所述链路类型相对应的补包传输机制； 恢复模块，用于基于所述补包传输机制，恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接 收节点接收的数据包。8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获得模块包括:第一获得子模块、第二 获得子模块和第三获得子模块； 所述第一获得子模块，用于当所述链路类型为远距离丢包链路类型时，获得与所述远 距离丢包链路类型对应的时间序列相关性补包机制； 所述第二获得子模块，用于当所述链路类型为灰区丢包链路类型时，获得与所述灰区 丢包链路类型对应的重传机制和时间序列相关性补包机制； 所述第三获得子模块，用于当所述链路类型为误码丢包链路类型时，确定发生数据丢 包现象的所述传输链路的丢包类型，当所述丢包类型为块状丢包时，获得与所述块状丢包 对应的时间序列相关性补包机制；当所述丢包类型为随机丢包时，获得与所述随机丢包对 应的重传机制。9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述恢复模块，用于当所述链路类型为灰 区丢包链路类型时，在预设重传次数内基于重传机制恢复发生数据丢包现象的所述传输链 路中接收节点接收的数据包，若在预设重传次数后仍未成功恢复丢失的数据包，则基于时 间序列相关性补包机制恢复发生数据丢包现象的所述传输链路中接收节点接收的数据包。10. 根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述恢复模块包括:第一恢复子模块 和第二恢复子模块； 所述第一恢复子模块，用于当所述补包传输机制为重传机制时，通过所述加权数据叠 加包的重传来恢复丢失的数据包； 所述第二恢复子模块，用于当所述补包传输机制为所述时间序列相关性补包机制时， 在第T轮数据收集的第j次观测发生数据丢包现象的情况下，获取所述接收节点在第T轮数 据收集的前预设轮在第j次观测到的数据包，根据前预设轮距离T轮数据收集的时间远近， 以不同的加权系数对前预设轮在第j次观测到的数据包进行加权处理，得到所述接收节点 在第T轮第j次观测的数据包，其中T和j为自然数，j大于等于1且j小于等于M，M为每轮数据 收集的观测总次数，T表示数据收集的轮数。11. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第三获得子模块包括:第一计算子模 块、统计子模块、第二计算子模块、第一确定子模块、第二确定子模块和第三确定子模块； 所述第一计算子模块，用于基于无线传感网络的初始化阶段的独立随机丢包统计结 果，得到丢包间隔为预设间隔的第一相对频率值； 所述统计子模块，用于在各个传感器节点采集各自监测区域内的数据过程中，统计发 生数据丢包现象的所述传输链路上的收发包情况； 所述第二计算子模块，用于基于所述发生数据丢包现象的所述传输链路上的收发包情 况，计算预设滑动窗下丢包间隔为预设间隔的第二相对频率值； 所述第一确定子模块，用于当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对差值 小于等于预设差值时，确定所述丢包类型为所述随机丢包； 所述第二确定子模块，用于当所述第二相对频率值和所述第一相对频率值的绝对差值 大于所述预设差值时，确定所述丢包类型为所述块状丢包； 所述第三确定子模块，用于当所述丢包类型为块状丢包时，获得与所述块状丢包对应 的时间序列相关性补包机制；当所述丢包类型为随机丢包时，获得与所述随机丢包对应的 重传机制。12. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括:计算子模块、第一类 型确定子模块、第二类型确定子模块和第三类型确定子模块； 所述计算子模块，用于计算发生数据丢包现象的所述传输链路的接收信号强度指示 RSSI均值； 所述第一类型确定子模块，用于当所述RSSI均值小于第一预设均值时，确定所述链路 类型为所述远距离丢包链路类型； 所述第二类型确定子模块，用于当所述RSSI均值大于等于所述第一预设均值，且所述 RSSI均值小于等于第二预设均值时，确定所述链路类型为所述灰区丢包链路类型，所述第 二预设均值大于所述第一预设均值； 所述第三类型确定子模块，用于当所述RSSI均值大于所述第二预设均值时，确定所述 链路类型为所述误码丢包链路类型。
【文档编号】H04W24/08GK106060848SQ201610353442
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】张霞, 李鸥, 韩哲, 张策, 张大龙, 刘广怡, 潘向峰
【申请人】中国人民解放军信息工程大学