無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的壓縮感知技術(shù).pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的日益普及，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)展。其中，一個(gè)重要的應(yīng)用是進(jìn)行環(huán)境信號(hào)的監(jiān)視，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)在采樣時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)感知，并將感知數(shù)據(jù)傳遞給匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。
　　由于監(jiān)視應(yīng)用的特殊性，網(wǎng)絡(luò)中需要收集大量數(shù)據(jù)，通過(guò)多跳等方式將數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程中需要消耗大量的能量。由于在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)通常是使用電池來(lái)供電，且由于傳感器節(jié)點(diǎn)一般布置在人不易到達(dá)的區(qū)域，因而傳感器

2、節(jié)點(diǎn)通常不易更換電池，所以能效問(wèn)題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。同時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中為了控制成本，一般選擇價(jià)格比較便宜的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器節(jié)點(diǎn)在能量供應(yīng)、數(shù)據(jù)處理能力、節(jié)點(diǎn)最高采樣頻率上有一定的限制。目前有很多技術(shù)研究傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能效問(wèn)題，而壓縮感知技術(shù)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，能有效地減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸量，有助于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的存活時(shí)間。
　　本文在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中引入壓縮感知技術(shù)，通過(guò)降低網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的空

3、間冗余性以及時(shí)間冗余性，降低網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸代價(jià)以及傳感器節(jié)點(diǎn)的平均采樣頻率，來(lái)減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸消耗的能量以及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)感知消耗的能量，從而延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的存活時(shí)間，具體的工作如下：
　　(1)研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，充分利用采樣矩陣中的零元素，使一次數(shù)據(jù)投遞過(guò)程中，節(jié)點(diǎn)選擇與自己有相近狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)作為自己的父節(jié)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集樹(shù)，從而盡量保證在一次投遞過(guò)程中，能夠確保一些不需要傳輸自己感知數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)能夠維持休眠狀態(tài)，而

4、不是因?yàn)橐洚?dāng)子節(jié)點(diǎn)的中繼節(jié)點(diǎn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。令所有傳感器節(jié)點(diǎn)均選擇合適的父節(jié)點(diǎn)，從而構(gòu)建一個(gè)最小傳輸代價(jià)樹(shù)。同時(shí)考慮到節(jié)點(diǎn)的負(fù)載均衡問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的存活時(shí)間，因而對(duì)數(shù)據(jù)采集樹(shù)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，盡量減少負(fù)載過(guò)重的節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，進(jìn)一步延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的存活時(shí)間。
　　(2)研究節(jié)點(diǎn)的采樣頻率問(wèn)題，由于傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)感知需要消耗能量，而一般無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景中，傳感器節(jié)點(diǎn)在相鄰采樣時(shí)刻感知到的信號(hào)具有時(shí)間冗余性，因而考慮令節(jié)點(diǎn)根據(jù)感