無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合與時(shí)鐘同步機(jī)制研究.pdf

1、為了保障重大工程結(jié)構(gòu)的安全性、適用性與耐久性等，對(duì)己建成使用的許多重大工程結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施需采用有效的健康監(jiān)測(cè)手段來(lái)評(píng)定其安全狀況。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)通常采用有線方式，這種方式線路鋪設(shè)工作量大、維護(hù)困難、布點(diǎn)不靈活。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其高密度、低功耗、低維修費(fèi)用、易于安裝、布點(diǎn)靈活等優(yōu)點(diǎn)在健康監(jiān)測(cè)中將發(fā)揮重要作用。 目前對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，主要集中在傳感器節(jié)點(diǎn)的路由算法、能量算法、傳感器組網(wǎng)以及傳感器網(wǎng)絡(luò)管理等方面，而對(duì)于無(wú)線

2、傳感器的數(shù)據(jù)融合和時(shí)鐘同步等方面還不多，目前提出的算法和系統(tǒng)大多數(shù)都與特定的應(yīng)用對(duì)象相關(guān)聯(lián)，存在一定的局限性，需要針對(duì)具體的應(yīng)用背景作進(jìn)一步的研究。 本文以結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)為應(yīng)用背景，探討了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)有關(guān)數(shù)據(jù)融合和時(shí)鐘同步的相關(guān)理論。主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)在分析比較現(xiàn)有無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法的基礎(chǔ)上，提出了一種結(jié)合路由的基于組播樹的數(shù)據(jù)融合算法。該算法由三個(gè)階段構(gòu)成：組播樹的構(gòu)造階段、興趣散布階段和數(shù)據(jù)融合階段。算法

3、構(gòu)造了一棵以匯節(jié)點(diǎn)為根的組播樹，在匯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行興趣散布階段，通過(guò)一種基于被動(dòng)分簇的優(yōu)化定向擴(kuò)散路由協(xié)議進(jìn)行路由擴(kuò)散；數(shù)據(jù)融合階段，借鑒多傳感器中的一致性融合算法，通過(guò)重新定義其置信距離避免人為定義閾值而產(chǎn)生的主觀誤差。數(shù)值算例證明此方法可獲得較好的融合結(jié)果，同時(shí)能耗低，實(shí)時(shí)性好。 (2)研究了目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步采用的算法原理。設(shè)計(jì)了一種事件觸發(fā)的時(shí)鐘精度差同步算法，該算法由時(shí)鐘精度差計(jì)算和時(shí)鐘同步兩個(gè)階段組成。先通過(guò)比較傳

4、感器節(jié)點(diǎn)在不同時(shí)刻記錄的采樣信號(hào)序列，采用比較能量差的方法使其能量差最小以獲取最小的同步誤差來(lái)調(diào)整時(shí)間精度，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中由于事件發(fā)生頻率較低的特點(diǎn)，進(jìn)一步采用事件觸發(fā)機(jī)制觸發(fā)同步的執(zhí)行。該算法經(jīng)分析比較具有比其他算法更好的時(shí)間精度。 (3)針對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器組網(wǎng)的問(wèn)題，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。提出了適合目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)發(fā)展實(shí)際需要的網(wǎng)絡(luò)模型，該模型由節(jié)點(diǎn)、簇首和網(wǎng)關(guān)三層結(jié)構(gòu)組成，并將利用公