[发明专利]结构健康监测无线传感器数据丢失无损恢复嵌入式算法

权利要求书

1.一种结构健康监测无线传感器数据丢失无损恢复嵌入式算法，其特征在于，算法步骤如下：

第一步：在无线传感器的计算内核上，通过对长度为n的原始数据x进行相邻两个数值作差，得到长度为n的差值数据d，再将差值数据d中每一个数值通过嵌入无线传感器的LEC无损压缩编码字典进行编码，得到长度为m、m<n的压缩后数据y；

第二步：依据数据y的长度m，取嵌入无线传感器的随机冗余矩阵Φ的前m列作为随机冗余矩阵Φ_I，通过Φ_I将压缩后数据y转换为长度为n的待传输数据z，这是一个增加数据冗余度的过程，即z＝Φ_Iy；然后无线传感器将数据z传输至数据收集基站；

第三步：在基站，数据接收器接收到的数据中有k个数据点在无线传输过程中丢失，得到不完整数据根据数据包发送的顺序，确定数据丢失的情况，从而确定矩阵由Φ_I去除掉相应的丢失数据点对应的k行元素得到，其维数为(n-k)×m；

第四步：在基站计算终端，通过计算得到压缩后信号y，将信号y输入LEC解码器得到差值数据d，再将差值数据d经过还原即得到原始数据x。

2.根据权利要求1所述的一种结构健康监测无线传感器数据丢失无损恢复嵌入式算法，其特征在于，所述的LEC无损压缩编码字典进行编码过程是：对差值数据中每一个数据点都进行二进制编码，其每一个点d_i的编码形式为s_i|a_i，a_i记录了数值d_i的大小，a_i的长度记为l_i，s_i记录了l_i的值，d_i与a_i的转换规则为：若d_i>0，则直接使用d_i的二进制原码作为a_i；若d_i<0，则取|d_i|二进制原码，再将该原码的0和1逐位取反作为a_i，预嵌入无线传感器中的LEC无损压缩编码表是s_i与l_i的一一对应的表1，

表1s_i与l_i的转换规则

差值数据d中的每一个值d_i首先将被转换为a_i，然后编码器将会根据a_i的长度按照表1中的规则在a_i前加上s_i；d中每一个值都编码完毕之后，所有的s_i|a_i将会被拼合在一起，然后按照每28个二进制数为一组，转换为十进制数，存储成y_i，所有y_i将组成数据y。

3.根据权利要求1所述的一种结构健康监测无线传感器数据丢失无损恢复嵌入式算法，其特征在于：无线传感器的随机冗余矩阵Φ其生成过程如下：

第一步：初始化，向量O存储数值1至500；向量D为空向量；向量U作为存储向量O和向量D的差值的向量；为一个所有元素为0的矩阵；

第二步：开始循环计算1，对中的第i列，i从1循环至500，增量为1；

更新仍没有足够个数的数字1的矩阵列数，U＝O-D；

取得15和U的长度这二者之间较小的值作为r，r＝min(15,size(U))；

从U向量中的数字中随机选取r个正整数，作为行号，将矩阵这些行号中的每一行的第i个数值从0改变为；

第三步：开始循环2，对U向量中仍存在的每一个数值j循环，从最小的一个正整数至最大的一个正整数。

若矩阵的第j列所有数值中，含有15个非零元素，则将j添加至向量D中；

第三步：结束循环计算2；

第四步：结束循环计算1；

第五步：输出随机冗余矩阵Φ；

由于随机冗余矩阵中仅有225个数字1，其余位置为0，仅存储这225个数字1的位置，不存储整个矩阵Φ。

4.根据权利要求1所述的一种结构健康监测无线传感器数据丢失无损恢复嵌入式算法，其特征在于：所述的LEC解码器的解码过程是首先将数据y从十进制转换为二进制，然后从第一个二进制位开始读取，寻找s_i，一旦找到s_i，立刻将其转换为l_i，然后解码器读入接下来的l_i个二进制位作为a_i，并把a_i转换为d_i存储，之后接着下一个二进制位读取，寻找下一个s_i，直至所有二进制位被解码完毕，即解出完整的差值数据d。