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无线传感器网络中覆盖控制与数据传输技术研究

吴雪丽  
【摘要】:无线传感器网络以其成本低、自组织性强、应用范围广等特点,在新一代互联网中扮演着越来越重要的角色。由于无线传感器网络多跳通信和多对一的流量特征,使得sink附近极易因负载过重而导致“能量空洞”,为此,本文以最大化网络生命周期为目标,以能耗均衡为出发点,针对无线传感器网络中的覆盖控制技术和数据传输问题进行研究。覆盖控制是传感器网络研究中面临的首要问题,根据网络中传感器节点距离sink的跳数情况将目标区域划分为多个能耗圆环,建立了基于非均匀部署的覆盖控制模型,通过引入等效感知半径的概念,从理论上分析全网达到能耗均衡、消除能量空洞的条件,并分别提出了集中式和分布式节点覆盖控制算法,仿真结果表明,所提出的算法能有效提高网络覆盖率,具有比现有算法更好的能耗特性。由于均匀部署极易导致无线传感器网络能量空洞的出现,为平衡节点间能耗,将网络节点分为感知节点和中继节点,通过引入中继环的概念,建立了基于中继转发的网络能耗模型,结合能耗均衡的可达性条件,提出一种中继节点部署与数据转发策略,通过对中继节点部署密度与部署方式的合理规划,将网络中感知数据的采集和路由工作进行分离,实现全网节点的能耗均衡,仿真结果表明,当网络生命周期结束时,感知节点与中继节点均能达到能耗均衡,并具有最大网络生命周期。数据传输是传感器网络中另一亟待解决的问题,考虑到感知数据间高度相关这一特点,引入了压缩感知技术,根据信号在某个确定域内的稀疏表示,设计了基于压缩感知的数据传输过程,通过预估信号稀疏度,提出基于改进的OMP重构算法,可以在无需信号稀疏度的前提下,对原始信号进行准确重构,进一步地,针对自然信号的时变性,提出了基于误差反馈的数据采集算法。仿真结果表明,本文算法能够有效减小节点所转发的数据量,降低能量消耗,具有较低的信号重构误差。


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