基于壓縮感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)收集

【摘要】：近年來,隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,作為其核心技術(shù)之一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為非常熱門的研究內(nèi)容。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成,節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)完成工作。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷變大,其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也越來越多。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)的能源基本靠電池提供,節(jié)點(diǎn)受體積、功率、成本等條件的限制所以其能量、生命周期有限。數(shù)據(jù)收集是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用功能。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中有效采集數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的處理是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的重要目標(biāo)?；诰W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成及數(shù)據(jù)傳輸收集的特點(diǎn),設(shè)計良好的方法來解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量消耗大、節(jié)點(diǎn)生命周期有限、數(shù)據(jù)收集延遲過大的問題來提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域面臨的主要挑戰(zhàn)。本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組成節(jié)點(diǎn)的特性并分析了壓縮感知技術(shù)的基本原理及已有研究成果,提出基于壓縮感知理論的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸收集機(jī)制。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)原始信號的降維,以此降低網(wǎng)絡(luò)傳輸收集的數(shù)據(jù)量,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能。然后在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗模型的基礎(chǔ)上針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的鏈型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行基于壓縮感知理論的網(wǎng)絡(luò)能耗分析模型的構(gòu)建。在該分析模型的基礎(chǔ)上根據(jù)壓縮感知數(shù)據(jù)處理方法的特點(diǎn)進(jìn)行具體能耗分析比較,從理論上證明壓縮感知方法相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法的節(jié)能優(yōu)越性。通過設(shè)計實驗仿真,實現(xiàn)壓縮感知方法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集處理中的應(yīng)用。通過相關(guān)實驗數(shù)據(jù)比較壓縮感知方法與傳統(tǒng)方法在網(wǎng)絡(luò)能耗及網(wǎng)絡(luò)時延兩方面的效果,從實際仿真中驗證壓縮感知方法的節(jié)能優(yōu)越性及降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延的效果。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 壓縮感知 網(wǎng)絡(luò)能耗模型 網(wǎng)絡(luò)時延 節(jié)能
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP274;TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 本課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及其中數(shù)據(jù)壓縮方法分類10-12
• 1.2.2 壓縮感知理論研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文結(jié)構(gòu)及章節(jié)安排13-15
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及概念簡介15-20
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及概念介紹15
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成結(jié)構(gòu)15-16
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)16-17
• 2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)壓縮17-18
• 2.4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)壓縮目的17
• 2.4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮算法簡介17-18
• 2.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)研究現(xiàn)狀18-19
• 2.5.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇管理18-19
• 2.5.2 節(jié)點(diǎn)休眠策略19
• 2.6 本章小結(jié)19-20
• 第三章 基于壓縮感知的節(jié)能收集機(jī)制20-27
• 3.1 壓縮感知簡介20-22
• 3.1.1 壓縮感知基本原理20-21
• 3.1.2 壓縮感知理論主要的研究內(nèi)容21-22
• 3.2 基于壓縮感知理論的數(shù)據(jù)收集機(jī)制設(shè)計22-23
• 3.3 壓縮感知理論研究成果簡介與分析23-26
• 3.3.1 信號的稀疏表示23
• 3.3.2 觀測矩陣的研究23-25
• 3.3.3 重構(gòu)算法的研究25-26
• 3.4 本章小結(jié)26-27
• 第四章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能收集能耗分析模型構(gòu)建27-35
• 4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組成與能量供應(yīng)27-28
• 4.2 傳感器節(jié)點(diǎn)通信單元能耗模型28-29
• 4.3 能耗分析模型的構(gòu)建29-33
• 4.3.1 鏈型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)29
• 4.3.2 能耗分析模型的基本設(shè)置29-31
• 4.3.3 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸能耗分析31-32
• 4.3.4 壓縮感知數(shù)據(jù)傳輸能耗分析32
• 4.3.5 對比分析32-33
• 4.4 本章小結(jié)33-35
• 第五章 實驗仿真及相關(guān)性能分析比較35-46
• 5.1 壓縮感知在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實現(xiàn)35-39
• 5.1.1 實驗相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)置介紹35
• 5.1.2 具體的算法流程35-36
• 5.1.3 實驗結(jié)果及分析36-39
• 5.1.4 實驗總結(jié)39
• 5.2 傳統(tǒng)方法與壓縮感知方法的能耗及網(wǎng)絡(luò)生命周期比較39-43
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)生命周期的定義40
• 5.2.2 網(wǎng)絡(luò)能耗的比較40-42
• 5.2.3 網(wǎng)絡(luò)生命周期的比較42-43
• 5.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時延降低方面的作用43-45
• 5.4 本章小結(jié)45-46
• 第六章 總結(jié)46-48
• 6.1 本文研究成果46
• 6.2 工作中的不足46-47
• 6.3 未來的展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-51
• 致謝51-52
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文52

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