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《清华大学》 2010年
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用于无线传感网的低能耗数据压缩

应蓓华  
【摘要】:能量的高效使用是无线传感网(WSN,Wireless Sensor Network)的重要设计目标。由于监测数据存在一定的相关性,数据压缩被引入其中以减少传输的数据量、降低通信能耗。然而,不同应用背景和网络设置会对数据压缩的节能性产生影响,如何在动态环境中最大地发挥压缩算法的节能效果是延长节点及网络生存期的关键问题之一。本文对适用于传感网的数据压缩算法进行了系统的评估,并从算法设计和硬件结构两方面提升数据压缩的性能,降低网络能耗。 针对现有算法评估中注重压缩效果而忽略计算代价的情况,本文提出了一种以节能为目标的压缩算法性能评估指标,并以此对常用的时域压缩算法进行了全面评估。新指标能够客观地评价各类压缩算法在传感网应用中的适用程度,同时给出压缩能效的直观度量。 针对压缩算法可能出现只压缩数据但不节能的情况,本文提出了一种适用于单跳或簇状网络的轻量级压缩判决机制,通过预测压缩能耗的损益平衡,该判决机制为节点提供了更加节能的执行策略。作为压缩算法的辅助机制,该判决机制的引入在提高算法适应性的同时,节省的能量最高可达40%。 由于应用环境存在不确定性,本文在原机制的基础上,提出了一种自适应的压缩判决机制。通过加入在线建模和判决检测,机制实现了对预测模型的动态调整,同时获得最高达到30%的能量节省。以增加少量计算开销为代价,自适应压缩判决机制具有更好的灵活性和鲁棒性。 为了实现数据压缩的全网节能,本文提出了一种适用于多跳树状拓扑的网络级节能优化机制,通过提取网络、数据和压缩算法等多方面的特征,使全网节点都能在尽可能低的能耗下完成数据传输。 本文提出了一种新的传感器节点结构,将数据压缩以硬件加速的方式予以实现。包含8051微处理器及硬件压缩加速器的节点芯片在HJTC(和舰科技)0.18μm 1P6M CMOS工艺下设计实现。测试结果表明,相比于在通用处理器上实现数据压缩,加速器节省的能量最高可达98%。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.9;TN929.5

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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3 谌业滨;无线传感器网络自身健康状态融合机制研究[D];南昌航空大学;2010年
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6 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年
7 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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10 张华良;管道漏磁检测数据压缩技术的研究[D];沈阳工业大学;2003年
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