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《武汉理工大学》 2007年
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无线传感器网络的数据融合与时钟同步机制研究

梁小宇  
【摘要】: 为了保障重大工程结构的安全性、适用性与耐久性等,对已建成使用的许多重大工程结构和基础设施需采用有效的健康监测手段来评定其安全状况。传统的结构健康监测通常采用有线方式,这种方式线路铺设工作量大、维护困难、布点不灵活。无线传感器网络以其高密度、低功耗、低维修费用、易于安装、布点灵活等优点在健康监测中将发挥重要作用。 目前对于无线传感器网络的研究,主要集中在传感器节点的路由算法、能量算法、传感器组网以及传感器网络管理等方面,而对于无线传感器的数据融合和时钟同步等方面还不多,目前提出的算法和系统大多数都与特定的应用对象相关联,存在一定的局限性,需要针对具体的应用背景作进一步的研究。 本文以结构监测为应用背景,探讨了无线传感器网络有关数据融合和时钟同步的相关理论。主要研究内容如下; (1)在分析比较现有无线传感器网络数据融合算法的基础上,提出了一种结合路由的基于组播树的数据融合算法。该算法由三个阶段构成;组播树的构造阶段、兴趣散布阶段和数据融合阶段。算法构造了一棵以汇节点为根的组播树,在汇节点进行兴趣散布阶段,通过一种基于被动分簇的优化定向扩散路由协议进行路由扩散;数据融合阶段,借鉴多传感器中的一致性融合算法,通过重新定义其置信距离避免人为定义阈值而产生的主观误差。数值算例证明此方法可获得较好的融合结果,同时能耗低,实时性好。 (2)研究了目前无线传感器网络时钟同步采用的算法原理。设计了一种事件触发的时钟精度差同步算法,该算法由时钟精度差计算和时钟同步两个阶段组成。先通过比较传感器节点在不同时刻记录的采样信号序列,采用比较能量差的方法使其能量差最小以获取最小的同步误差来调整时间精度,同时结合结构健康监测中由于事件发生频率较低的特点,进一步采用事件触发机制触发同步的执行。该算法经分析比较具有比其他算法更好的时间精度。 (3)针对结构健康监测无线传感器组网的问题,进行了结构健康监测中的无线传感器网络系统设计。提出了适合目前结构健康监测发展实际需要的网络模型,该模型由节点、簇首和网关三层结构组成,并将利用公网进行远程监测的方案融入到该拓扑结构中;制定了适合结构健康监测的被动分簇无线传感器网络通信模型,着重对网络模型的建立和维护进行了详细阐述。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP212.9;TN929.5

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