傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮方法研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展,使得將傳感、通信與計(jì)算等功能集成在一個(gè)微小模塊成為可能,從而促進(jìn)了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的深入發(fā)展與廣泛應(yīng)用。人們可以通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知客觀世界,而不必親自去觀測(cè)區(qū)進(jìn)行觀測(cè),從而極大地?cái)U(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和人類認(rèn)識(shí)世界的能力。然而由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特殊性,其發(fā)展仍面臨許多待解決的問題。
　　 由于節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、通信帶寬及電源能量都很有限,同時(shí)又由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)中大量節(jié)點(diǎn)獲取的原始數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的

2、數(shù)據(jù)冗余,包括同一節(jié)點(diǎn)相鄰時(shí)刻所采集數(shù)據(jù)之間的相似性造成的時(shí)域冗余,相鄰節(jié)點(diǎn)在相同時(shí)刻所采集數(shù)據(jù)之間的相似性造成的空域冗余,若直接傳輸這些原始數(shù)據(jù),不僅會(huì)使有限的帶寬資源得不到充分利用,同時(shí)會(huì)由于要傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)量太大而導(dǎo)致系統(tǒng)存在較大時(shí)延,嚴(yán)重的影響了整個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),而且傳輸存在大量冗余的原始數(shù)據(jù)會(huì)很快耗盡節(jié)點(diǎn)有限的能量,嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的壽命。故針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在的數(shù)據(jù)冗余,本文提出了三種新的無線傳感

3、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮方法。對(duì)三種方法簡(jiǎn)述如下:
　　 1、為了最大限度降低節(jié)點(diǎn)的計(jì)算復(fù)雜度及其傳輸單位數(shù)據(jù)量的平均能耗,提出基于最優(yōu)階估計(jì)和分布式編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮算法,利用傳感節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的時(shí)空相關(guān)性,基于最優(yōu)階估計(jì)在基站處建立相關(guān)系數(shù),節(jié)點(diǎn)僅需做簡(jiǎn)單的取模運(yùn)算便可實(shí)現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的編碼,基站處根據(jù)時(shí)空相關(guān)性恢復(fù)原始數(shù)據(jù),從而減少了冗余數(shù)據(jù)的傳輸,進(jìn)而減少了節(jié)點(diǎn)平均能耗。
　　 2、針對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)相鄰時(shí)刻及相鄰節(jié)點(diǎn)同一時(shí)刻

4、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中存在的時(shí)間、空間冗余,提出基于近優(yōu)分簇與局部梯度標(biāo)記路由的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮算法,根據(jù)傳感節(jié)點(diǎn)所采集數(shù)據(jù)的時(shí)空相關(guān)性,首先在各節(jié)點(diǎn)內(nèi)消除數(shù)據(jù)時(shí)間冗余,再通過近優(yōu)分簇算法實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)近優(yōu)分簇,簇內(nèi)各節(jié)點(diǎn)建立基于簇頭的虛擬坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)路由,簇外由各簇頭到基站建立結(jié)構(gòu)樹,在數(shù)據(jù)經(jīng)簇內(nèi)路由傳至簇頭,以及經(jīng)各簇頭沿結(jié)構(gòu)樹最短路徑傳至基站過程中,根據(jù)空間相關(guān)性進(jìn)一步消除數(shù)據(jù)空間冗余。
　　 3、針對(duì)節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)規(guī)

5、模隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn),提出了基于哈夫曼編碼和隨機(jī)優(yōu)化策略的傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)壓縮方法,基于隨機(jī)優(yōu)化策略能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整編碼閾值,以消除節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)中存在的時(shí)空冗余,節(jié)點(diǎn)僅需傳送少量原始數(shù)據(jù)及壓縮編碼,基站根據(jù)哈夫曼編碼恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。該方法可以有效減少傳感器網(wǎng)絡(luò)中冗余數(shù)據(jù)的傳輸量及節(jié)點(diǎn)平均能耗,進(jìn)而延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。
　　 上述算法針對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中數(shù)據(jù)的時(shí)空冗余,分別從不同角度為提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量利用率,減小系統(tǒng)時(shí)延做了相應(yīng)研