一种基于压缩感知的无线传感器网络骨干节点选择方法

摘要

一种基于压缩感知的无线传感器网络骨干节点选择方法，步骤为：1、Sink节点根据拓扑关系，对网络中所有节点编号；2、Sink节点广播通知所有节点传送感知数据，并设立一个等待时间的阈值；3、Sink节点根据收到所有节点的感知数据，生成原始数据矩阵x；4、Sink节点根据网络拓扑，从原始数据矩阵x中，随机选择M个从感知节点到Sink节点的路径，生成观测矩阵Φ；5、Sink节点对得到的观测值y和观测矩阵Φ，利用重构算法计算重构误差，生成满足重构要求的M个网络路径；6、Sink节点合并M个路径之间的重叠节点，确定选中的网络骨干节点；7、Sink节点全网广播，通知选中的节点为网络骨干节点，作为后期感知数据的节点集合。

主权项

一种基于压缩感知的无线传感器网络骨干节点选择方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤1.Sink节点根据网络节点的拓扑关系，对网络中除了Sink节点以外的所有节点进行编号，编号是从1开始的正整数，最大为n，其中n表示网络中除了Sink节点以外所有节点的个数；节点编号具有全局唯一性，用来识别节点的感知数据，在Sink节点端，用节点编号代替节点地址，保证节点编号和节点地址是一一对应关系；步骤2.Sink节点广播通知所有节点传送感知数据给自己，并设立一个等待时间的阈值；假设在阈值时间内网络感知的数据不会发生变化，这个阈值与网络中最大中继跳数有关，以保证最外层的节点将感知数据传送到Sink节点；如果在阈值时间内，Sink节点收到所有节点的感知数据，则继续步骤3；否则，Sink节点重新发出广播通知收集感知数据；步骤3.Sink节点根据收到的所有节点的感知数据，生成原始数据矩阵x，用于和基于压缩感知理论的重构数据矩阵x′进行比较；步骤4.Sink节点根据网络拓扑关系，随机选择M个从感知节点到Sink节点的路径，生成观测矩阵；M个路径上的节点作为初始网络骨干节点，对应着原始数据矩阵x中的感知数据，将感知数据与随机系数相乘生成观测值y；其中，所述步骤4中网络节点的路径选择方法步骤如下：步骤4.1，随机选择一个节点作为起始节点，并产生相应的随机系数α_i,j，其中i表示选中的路径序号，j表示节点编号；步骤4.2，采用启发式邻近节点选择方法从当前节点的邻居节点列表中选择下一跳节点，并产生相应的随机系数α_i,j；步骤4.3，若下一跳节点为Sink节点，则停止选择；否则返回步骤4.2；其中，所述步骤4.2中启发式邻近节点选择方法步骤如下：步骤4.2.1，利用启发式原则，有利于快速确定下一跳节点，启发式原则保证内层节点比外层节点更容易选中，因此设置外层节点选中概率较小，内层节点选中概率较大；对于当前节点的每个邻居节点，根据节点编号，设置其被选为下一跳节点的概率；步骤4.2.2，根据邻近节点列表中的概率和生成的随机数，选择下一跳的节点；步骤5.Sink节点对得到的观测值y和观测矩阵Φ，利用重构算法计算重构数据x′；将重构数据x′与原始感知数据x相比较，计算重构误差；若重构误差大于指定阈值，则重新选择M个网络路径，返回步骤4，直到满足感知数据重构要求；步骤6.由于选择M个从感知节点到Sink节点的路径具有随机性，路径之间很有可能有相同节点；为了减少Sink节点广播报文的大小，需要合并M个路径之间的重叠节点，将合并后的节点集合确定为选中的网络骨干节点；步骤7.Sink节点进行全网广播，通知选中的节点为网络骨干节点以及每个节点对应的下一跳节点列表，以此作为后期感知数据的节点集合。