無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中時間序列對齊算法研究及網(wǎng)絡(luò)持久性編碼改進(jìn).pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量相互協(xié)作的微小節(jié)點(diǎn)組成，每個節(jié)點(diǎn)具有有限的感知、傳輸和計(jì)算能力。節(jié)點(diǎn)以適當(dāng)?shù)姆绞浇M成網(wǎng)絡(luò)，并將它們的感應(yīng)數(shù)據(jù)有機(jī)地關(guān)聯(lián)和融合時，整個網(wǎng)絡(luò)提供的能力遠(yuǎn)大于單個節(jié)點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可廣泛用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程控制、戰(zhàn)場監(jiān)視、災(zāi)后救援等多種場合。 時間同步是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)協(xié)同信息處理的基礎(chǔ)，已經(jīng)有許多針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間同步算法被提出。這些算法都是通過節(jié)點(diǎn)間定期發(fā)送同步信標(biāo)來交換時間值，從而在不同節(jié)點(diǎn)間建立時間轉(zhuǎn)換關(guān)系

2、，由于時鐘頻率的漂移，節(jié)點(diǎn)必須不停地發(fā)送同步信標(biāo)來保持時間同步，而這會導(dǎo)致很大的能量消耗，因此大多數(shù)算法都選擇適當(dāng)降低同步精度以節(jié)省能量。寬松的時間同步使得不同節(jié)點(diǎn)在同一時刻采集的數(shù)據(jù)相對同一個參考時鐘的時間戳存在差異，從而簇頭或匯聚節(jié)點(diǎn)在對收集到的多個具有時間相關(guān)性的時間序列進(jìn)行融合操作時產(chǎn)生誤差。因此，在對多個時間序列進(jìn)行融合前必須先進(jìn)行對齊操作，使得相同或相近時刻采集的數(shù)據(jù)對齊到相同的時間值上。目前的時間序列對齊算法主要用在語音識

3、別和生物信息學(xué)中，這些算法在適用場景和計(jì)算復(fù)雜度方面均不適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的時間序列對齊算法研究得不多，多數(shù)只是在特定應(yīng)用中進(jìn)行簡單的處理，沒有系統(tǒng)地給出具體的算法設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要應(yīng)用是對自然災(zāi)害的多發(fā)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視，并在災(zāi)難發(fā)生后及時將災(zāi)難現(xiàn)場的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)視點(diǎn)。然而當(dāng)災(zāi)難發(fā)生時部分節(jié)點(diǎn)可能會失效，如何在災(zāi)難發(fā)生后盡可能多地保存和傳輸已經(jīng)收集到的數(shù)據(jù)是這類網(wǎng)絡(luò)首要考慮的問題。Gro

4、wth Codes是解決此問題的第一個方案，其基本思想是每個節(jié)點(diǎn)隨機(jī)地與其鄰居節(jié)點(diǎn)交換保存的數(shù)據(jù)，從而將數(shù)據(jù)盡可能多地保存到網(wǎng)絡(luò)中。然而隨機(jī)選擇鄰居和要交換的數(shù)據(jù)容易導(dǎo)致大量的冗余傳輸，降低數(shù)據(jù)交換的效率。 本文工作包括兩部分內(nèi)容。(1)提出了應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時間序列對齊算法，給出了算法的詳細(xì)設(shè)計(jì)，在仿真平臺驗(yàn)證了算法的有效性，并分析了影響算法性能的主要因素。(2)在Growth Codes中引入布隆過濾器來消除冗余的數(shù)據(jù)