無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信息處理研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由大量無處不在的、具有無線通信與計算能力的微小傳感器節(jié)點構(gòu)成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的智能系統(tǒng)：是繼Internet網(wǎng)之后隨著傳感器技術(shù)、微機電技術(shù)、無線通信技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)發(fā)展而發(fā)展起來的一種新興信息獲取技術(shù)，將改變?nèi)祟愓J識自然及與自然界交互的方式。傳感器網(wǎng)絡(luò)是計算機科學(xué)技術(shù)的一個新的研究領(lǐng)域，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

2、是以信息處理為中心的系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要用于從環(huán)境中收集監(jiān)測對象信息，對其進行處理，并傳送到服務(wù)中心或用戶。任何基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)都離不開信息的管理和處理技術(shù)。信息處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)的壓縮、融合、存儲、查詢、分析、挖掘、理解以及基于感知數(shù)據(jù)決策、行為的理論和技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)信息處理的目的是在資源受限和能量最優(yōu)的條件下管理傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域的感知信息，使用戶如同使用通常的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)一樣自如地在傳感器網(wǎng)絡(luò)上

3、進行感知數(shù)據(jù)的管理和處理，而無需關(guān)心傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的細節(jié)。 但由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量眾多，分布密集，拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，每個節(jié)點的資源極其有限(包括計算、存儲、通信能力)，給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息處理帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，為此，必須采取簡單、高效、可擴展性好的處理策略。到目前為止，感知數(shù)據(jù)管理和處理技術(shù)的研究還不多，還有大量的問題需要解決。本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的感知數(shù)據(jù)(信息)管理和處理等相關(guān)熱點問題進行了研究，為進一步的應(yīng)用和研究

4、打下基礎(chǔ)。本文所作的主要工作如下： 1)提出了一種新型的基于簡化提升格式的分布式小波數(shù)據(jù)壓縮算法。這種算法計算量很小，能有效消除無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點間的信息冗余，大大節(jié)省了無線通信所消耗的能量，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。 2)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中環(huán)境監(jiān)測時的圖像采集，本文提出了一種分布式小波圖像壓縮算法。利用監(jiān)測節(jié)點所采集的圖像通常具有的變化少、相關(guān)性強等特點，引入了簡單的變化檢測算法和位置估計/補償算法檢測并壓縮圖像的活躍區(qū)

5、域，消除各節(jié)點所采集的圖像之間的信息冗余，從而節(jié)省通信能耗。 3)利用小波分解系數(shù)的多分辨分析和由粗及精等特點，提出了一種基于小波框架的新型分布式存儲和查詢方法。它使所有節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)小波壓縮后平均分布于各個節(jié)點之中，構(gòu)成小波系數(shù)空間存儲結(jié)構(gòu)樹。提高了存儲效率，并支持時空兩個方向的快速查詢。 4)針對無線鏈路通信質(zhì)量不可靠的情況，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于無線鏈路的信息決策融合的問題，提出了一種新的最優(yōu)似然比(LR

6、)規(guī)則?？紤]到傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源受限，對信噪比較高或較低的情況下又提出了兩種簡化的次優(yōu)融合規(guī)則，最后討論了同類傳感器模型下的融合情況。 5)通過對傳統(tǒng)Apriori算法的改進，提出了一種節(jié)點關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法來發(fā)現(xiàn)大量節(jié)點之間的有趣關(guān)聯(lián)或相關(guān)聯(lián)系，以此消除節(jié)點之間的信息冗余。這種方法可以幫助用戶對數(shù)據(jù)進行有效的融合、分類、查詢、分析、理解和決策；減少信息處理中通信和計算所消耗的能量。 最后總結(jié)全文，指出有待于進一步研究的課題