面向稀疏信號的物聯(lián)網(wǎng)高效傳輸體系及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)被視為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，應(yīng)用前景巨大。其中信息感知與傳輸在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中起著至關(guān)重要的作用。但由于噪音及干擾等因素的影響，物聯(lián)網(wǎng)中低功耗節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸并不可靠，而傳統(tǒng)的信源、信道編碼通常為節(jié)點(diǎn)端引入額外的能量開銷及復(fù)雜的計(jì)算。如何在不可靠傳輸及資源受限的情況下，快速準(zhǔn)確地傳輸原始信息是一個(gè)亟待解決的問題。
　　考慮到物聯(lián)網(wǎng)中眾多的原始信息具有稀疏性，本文將壓縮感知理論應(yīng)用于資源受限物聯(lián)網(wǎng)的稀

2、疏信號傳輸體系中以提高網(wǎng)絡(luò)性能。其主要研究內(nèi)容包括以下部分:
　　1.針對有損鏈路過渡區(qū)范圍廣而數(shù)據(jù)傳輸并不可靠的問題，本文利用信號固有的稀疏特性，將有損傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟失模擬為隨機(jī)壓縮采樣。接收端通過接收到的部分?jǐn)?shù)據(jù)即可通過重構(gòu)算法恢復(fù)原始稀疏信號。進(jìn)一步考慮到長數(shù)據(jù)包傳輸導(dǎo)致的塊狀丟包不利于信號重構(gòu)，我們在節(jié)點(diǎn)端進(jìn)行交織以隨機(jī)化數(shù)據(jù)丟包，保證了信號的傳輸性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法大大拓寬了有損鏈路空間可用范圍，且相對于傳統(tǒng)的

3、數(shù)據(jù)丟失重傳-插值方法能夠有效減少能耗并提高重構(gòu)精度。
　　2.針對若干傳感器節(jié)點(diǎn)信道接入問題，本文利用感知信息的結(jié)構(gòu)化稀疏特性，提出了結(jié)構(gòu)化稀疏信號隨機(jī)信道接入?？紤]到傳統(tǒng)多量測向量模型中投影矩陣構(gòu)造不適用于該場景下，我們將多量測向量問題轉(zhuǎn)化為單量測向量問題。并在節(jié)點(diǎn)端引入感知概率的概念以控制通信量，通過聯(lián)合考慮隨機(jī)信道接入及信號重構(gòu)需求，求得最優(yōu)感知概率以最小化系統(tǒng)傳輸能耗。
　　3.針對現(xiàn)有的壓縮數(shù)據(jù)收集耗能較大的問題

4、，本文提出了基于分簇結(jié)構(gòu)的最稀疏壓縮數(shù)據(jù)收集。相對于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)收集方法，該機(jī)制中每個(gè)量測值只需一個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，大大減少了傳輸量。注意到數(shù)據(jù)傳輸可通過調(diào)節(jié)功率直接傳輸或中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)兩種方式，本文分別對其能耗建模以進(jìn)行比較。并在上述能耗模型下獲取最優(yōu)簇大小。該方法能夠以較少的能耗進(jìn)行壓縮感知下的數(shù)據(jù)收集，且節(jié)點(diǎn)故障時(shí)魯棒性較好。
　　4.針對壓縮感知應(yīng)用中稠密投影矩陣導(dǎo)致高感知及傳輸能耗的問題，本文提出一種簡單易構(gòu)造的稀疏高斯矩陣。通