基于压缩感知的无线传感器网络数据收集研究

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1、中文图书分类号：TP393密级：公开UDC：004学校代码：10005工程硕士学位论文M.E.DISSERTATION论文题目：基于压缩感知的无线传感器网络数据收集研究论文作者：宋洋领域：软件工程指导教师：黄志清副教授论文提交日期:2016年6月UDC：004学校代码：10005中文图书分类号：TP393学号：S201325034密级：公开北京工业大学硕士专业学位论文（全日制）题目：基于压缩感知的无线传感器网络数据收集研究英文题目：RESEARCHONCOMPRESSIVESENSINGBASEDDATACOLLECTIONINWIRELESSSENSORNETWORK论文作者

2、：宋洋领域：软件工程研究方向：嵌入式计算与物联网申请学位：工程硕士专业学位指导教师：黄志清副教授所在单位：北京工业大学答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：宋洋日期：2016年6月7日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用

3、学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：宋洋日期：2016年6月7日导师签名：黄志清日期：2016年6月7日摘要摘要能耗是无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)研究的核心问题之一。采用数据压缩方法压缩数据传输量，是降低网络能耗的重要途径。由于传统的数据压缩方法大多存在编码过程较为复杂或者数据通信量较大等缺点，使得它们不太适合应用于资源受限的无线传感器网络中。压缩感知理论的诞生为无线传感器网络的数据压缩提

4、供了新的途径。基于压缩感知的数据收集方法不但具有良好的数据压缩性能而且还可以降低感知节点的数据编码复杂度，所以成为近年来研究的热点。但是，简单的将压缩感知应用到无线传感器网络中并不能有效降低网络能耗，因此本文将进行如下具体研究：第一，时空相关数据的压缩与恢复研究。本文分别研究了时间和空间相关数据的压缩收集的模型，并通过感知矩阵的不相关性分析以及多种数据的重构实验两方面研究，综合分析了不同观测矩阵和重构算法对数据获取精度的影响。第二，稀疏投影压缩与LEACH相结合的动态采样方法研究。本文首先研究了将稀疏投影压缩与LEACH协议相结合，进行能量有效数据收集的模型。而后，针对观测值的

5、收集过程中，部分节点由于距离簇头较远而产生的能耗不均匀问题，提出了一种基于剩余能量反馈的动态采样调度方法。第三，自适应的动态压缩采样调度方法研究。针对收集时间相关数据时，被收集数据内的稀疏性特征随时间动态变化的问题，本文首先提出了一种自适应的动态采样方法。该方法通过分析重构数据的线性变化趋势动态调节节点的采样率。然后，本文通过CrossbowMICAz无线传感器平台实现了该方法的原型系统。关键词：无线传感器网络；数据收集；压缩感知；反馈控制；动态采样IAbstractAbstractOneofthecriticalissueofWirelesssensornetwork(WSN

6、)ishowtoreducetheenergyconsumptionduringdatagathering.Datacompressionisoneofanefficientwaytoprolongthenetworklifetime.Mosttraditionaldatacompressionmethodsarenotsuitableforwirelesssensornetworkduetoitneedslargedataexchangesorthecomplexitycomputation.Recently,CompressiveSensing(CS)openedupane

7、wresearchavenueduetoithasaccuratelyrecover,anditsimplifiestheprocessofdataencoding.Theresearchisshownasbelow:First,thispaperdoesthedifferentstudiesonthespatial-temporaldatagatheringmodels.Toillustratetherestorationprecisionisinfluencedbydifferentre