傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)壓縮方法研究.pdf

1、隨著計算機及相關技術的不斷發(fā)展,使得將傳感、通信與計算等功能集成在一個微小模塊成為可能,從而促進了無線傳感網(wǎng)絡的深入發(fā)展與廣泛應用。人們可以通過無線傳感器網(wǎng)絡感知客觀世界,而不必親自去觀測區(qū)進行觀測,從而極大地擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡的功能和人類認識世界的能力。然而由于無線傳感器網(wǎng)絡的特殊性,其發(fā)展仍面臨許多待解決的問題。
　　 由于節(jié)點計算能力、存儲能力、通信帶寬及電源能量都很有限,同時又由于無線傳感網(wǎng)絡中大量節(jié)點獲取的原始數(shù)據(jù)存在嚴重的

2、數(shù)據(jù)冗余,包括同一節(jié)點相鄰時刻所采集數(shù)據(jù)之間的相似性造成的時域冗余,相鄰節(jié)點在相同時刻所采集數(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),不僅會使有限的帶寬資源得不到充分利用,同時會由于要傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)量太大而導致系統(tǒng)存在較大時延,嚴重的影響了整個無線傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)對監(jiān)測對象的實時監(jiān)測,而且傳輸存在大量冗余的原始數(shù)據(jù)會很快耗盡節(jié)點有限的能量,嚴重影響整個系統(tǒng)的壽命。故針對無線傳感器網(wǎng)絡中存在的數(shù)據(jù)冗余,本文提出了三種新的無線傳感

3、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)壓縮方法。對三種方法簡述如下:
　　 1、為了最大限度降低節(jié)點的計算復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)階估計和分布式編碼的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)壓縮算法,利用傳感節(jié)點采集數(shù)據(jù)的時空相關性,基于最優(yōu)階估計在基站處建立相關系數(shù),節(jié)點僅需做簡單的取模運算便可實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的編碼,基站處根據(jù)時空相關性恢復原始數(shù)據(jù),從而減少了冗余數(shù)據(jù)的傳輸,進而減少了節(jié)點平均能耗。
　　 2、針對單個節(jié)點相鄰時刻及相鄰節(jié)點同一時刻

4、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中存在的時間、空間冗余,提出基于近優(yōu)分簇與局部梯度標記路由的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)壓縮算法,根據(jù)傳感節(jié)點所采集數(shù)據(jù)的時空相關性,首先在各節(jié)點內(nèi)消除數(shù)據(jù)時間冗余,再通過近優(yōu)分簇算法實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡近優(yōu)分簇,簇內(nèi)各節(jié)點建立基于簇頭的虛擬坐標實現(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)空間相關性進一步消除數(shù)據(jù)空間冗余。
　　 3、針對節(jié)點感知數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡規(guī)

5、模隨時間動態(tài)變化的特點,提出了基于哈夫曼編碼和隨機優(yōu)化策略的傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)壓縮方法,基于隨機優(yōu)化策略能夠動態(tài)調(diào)整編碼閾值,以消除節(jié)點采集數(shù)據(jù)中存在的時空冗余,節(jié)點僅需傳送少量原始數(shù)據(jù)及壓縮編碼,基站根據(jù)哈夫曼編碼恢復原始數(shù)據(jù)。該方法可以有效減少傳感器網(wǎng)絡中冗余數(shù)據(jù)的傳輸量及節(jié)點平均能耗,進而延長系統(tǒng)壽命。
　　 上述算法針對無線傳感網(wǎng)絡應用中數(shù)據(jù)的時空冗余,分別從不同角度為提高無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量利用率,減小系統(tǒng)時延做了相應研