基于數(shù)據壓縮的無線傳感器網絡節(jié)能技術研究

【摘要】：能量有限是制約無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)發(fā)展的關鍵因素，因此節(jié)能技術研究成為WSN研究的重點。在WSN中通信消耗了網絡的絕大部分能量，因此采用數(shù)據壓縮能有效降低網絡流量從而達到節(jié)能效果。本文主要目的是針對WSN的特點，提出了簡單、高效的數(shù)據壓縮算法實現(xiàn)WSN的節(jié)能。 本文主要工作是通過仔細分析多種數(shù)據壓縮技術并結合WSN數(shù)據和節(jié)點的特點，提出了兩種壓縮效果良好、算法時空復雜度低的數(shù)據壓縮算法。主要工作如下： (1)提出一種基于改進二進制行程編碼的無損壓縮算法：算法充分利用WSN數(shù)據存在較高相關性的特點，設計了一種預處理方式，預處理過程包括差分運算和二進制重排列，該過程不對數(shù)據進行壓縮，但提高了數(shù)據的可壓縮性；然后，根據二進制的特點對行程編碼進行優(yōu)化，并使用Huffman編碼表示行程長度；最后，給出整個解碼流程。實驗表明，該算法能取得較好的壓縮率和節(jié)能效果，且算法復雜度低。 (2)提出基于面積閾值法的有損壓縮算法：所有按時間采集的WSN數(shù)據序列均可表示為二維坐標中的點，由此可以將數(shù)據壓縮問題轉換為矢量曲線壓縮問題?；诖耸噶壳€，提出一種新的基于面積計算和閾值判斷的壓縮算法，該算法能保證數(shù)據壓縮產生的誤差有界，同時給出了數(shù)據恢復方法和誤差評判標準。實驗表明，基于面積閾值法的有損壓縮算法的時空復雜度低、壓縮率高并且壓縮的失真度比較小，能夠達到很好的節(jié)能效果。 【關鍵詞】：無線傳感器網絡 數(shù)據壓縮 節(jié)能 行程編碼 面積閾值法
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 無線傳感器網絡特點11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 無線傳感器網絡研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 無線傳感器網絡數(shù)據壓縮研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文研究的意義和創(chuàng)新點14-15
• 1.4 論文組織結構15-17
• 第2章 無線傳感器網絡節(jié)點與系統(tǒng)17-22
• 2.1 TelosB 節(jié)點17-18
• 2.2 TinyOS 系統(tǒng)18-19
• 2.3 節(jié)點能耗模型19-21
• 2.4 本章小結21-22
• 第3章 數(shù)據壓縮算法22-38
• 3.1 數(shù)據壓縮的基本原理及其特性22-26
• 3.1.1 信息論22-23
• 3.1.2 數(shù)據壓縮簡介23-24
• 3.1.3 數(shù)據壓縮的性能指標24-26
• 3.2 基于統(tǒng)計的編碼26-30
• 3.2.1 統(tǒng)計編碼26-27
• 3.2.2 Huffman 編碼27-28
• 3.2.3 一種簡單的 Huffman 編碼28
• 3.2.4 算術編碼(Arithmetic Coding)28-30
• 3.3 字典編碼(Dictionary Encoding)30-34
• 3.3.1 LZ 編碼30-32
• 3.3.2 S-LZW(LZW for Sensor Nodes)32-34
• 3.4 行程編碼(Run Length Encoding)34-36
• 3.5 其它壓縮算法36-37
• 3.5.1 差分編碼36
• 3.5.2 矢量曲線壓縮36-37
• 3.6 本章小結37-38
• 第4章 基于行程編碼的 WSN 無損壓縮算法38-50
• 4.1 編碼預處理38-41
• 4.1.1 差分變換38-40
• 4.1.2 數(shù)據轉置40-41
• 4.2 二進制行程編碼優(yōu)化41-46
• 4.2.1 編碼優(yōu)化41
• 4.2.2 編碼方式41-42
• 4.2.3 建立 Huffman 表42-44
• 4.2.4 編碼流程44-45
• 4.2.5 解碼流程45-46
• 4.3 實驗結果分析46-49
• 4.4 本章小結49-50
• 第5章 基于面積閾值的 WSN 有損壓縮算法50-63
• 5.1 幾何法模型50-52
• 5.1.1 模型建立50-51
• 5.1.2 面積計算51-52
• 5.2 面積閾值法52-60
• 5.2.1 面積計算優(yōu)化52-54
• 5.2.2 算法總流程54-55
• 5.2.3 面積閾值篩選流程55-56
• 5.2.4 編碼過程56
• 5.2.5 解碼與誤差評判56-60
• 5.3 實驗結果分析60-61
• 5.4 本章小結61-63
• 第6章 總結和展望63-65
• 6.1 總結63
• 6.2 展望63-65
• 參考文獻65-68
• 致謝68-69
• 攻讀學位期間參加的科研項目和成果69

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