無線傳感器網(wǎng)絡中的壓縮感知技術.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的日益普及，無線傳感器網(wǎng)絡的應用也在不斷擴展。其中，一個重要的應用是進行環(huán)境信號的監(jiān)視，各個傳感器節(jié)點在采樣時刻進行數(shù)據(jù)感知，并將感知數(shù)據(jù)傳遞給匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點收集數(shù)據(jù)并進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。
　　由于監(jiān)視應用的特殊性，網(wǎng)絡中需要收集大量數(shù)據(jù)，通過多跳等方式將數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點，整個過程中需要消耗大量的能量。由于在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點通常是使用電池來供電，且由于傳感器節(jié)點一般布置在人不易到達的區(qū)域，因而傳感器

2、節(jié)點通常不易更換電池，所以能效問題是無線傳感器網(wǎng)絡中一個至關重要的問題。同時，實際應用中為了控制成本，一般選擇價格比較便宜的傳感器節(jié)點構建傳感器網(wǎng)絡，傳感器節(jié)點在能量供應、數(shù)據(jù)處理能力、節(jié)點最高采樣頻率上有一定的限制。目前有很多技術研究傳感器網(wǎng)絡中的能效問題，而壓縮感知技術用于傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集過程，能有效地減少網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的傳輸量，有助于延長網(wǎng)絡的存活時間。
　　本文在無線傳感器網(wǎng)絡中引入壓縮感知技術，通過降低網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)的空

3、間冗余性以及時間冗余性，降低網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸代價以及傳感器節(jié)點的平均采樣頻率，來減少網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸消耗的能量以及節(jié)點進行數(shù)據(jù)感知消耗的能量，從而延長網(wǎng)絡的存活時間，具體的工作如下：
　　(1)研究無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集的拓撲結構，充分利用采樣矩陣中的零元素，使一次數(shù)據(jù)投遞過程中，節(jié)點選擇與自己有相近狀態(tài)的節(jié)點作為自己的父節(jié)點來構建數(shù)據(jù)采集樹，從而盡量保證在一次投遞過程中，能夠確保一些不需要傳輸自己感知數(shù)據(jù)的節(jié)點能夠維持休眠狀態(tài)，而

4、不是因為要充當子節(jié)點的中繼節(jié)點而進行數(shù)據(jù)傳輸。令所有傳感器節(jié)點均選擇合適的父節(jié)點，從而構建一個最小傳輸代價樹。同時考慮到節(jié)點的負載均衡問題會嚴重影響網(wǎng)絡的存活時間，因而對數(shù)據(jù)采集樹的結構進行調(diào)整，盡量減少負載過重的節(jié)點的個數(shù)，進一步延長網(wǎng)絡的存活時間。
　　(2)研究節(jié)點的采樣頻率問題，由于傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)感知需要消耗能量，而一般無線傳感器網(wǎng)絡的應用場景中，傳感器節(jié)點在相鄰采樣時刻感知到的信號具有時間冗余性，因而考慮令節(jié)點根據(jù)感