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无线传感器网络中的数据备份问题研究

发布时间:2020-11-20 21:18
   随着嵌入式计算技术、无线通信技术和传感器技术的日益成熟,给具有感知、传送、存储等能力的无线传感器网络发展带来了可能。目前无线传感器网络被广泛的应用到各个领域,如农业、工业、医疗等领域。在实际应用中,暴露在空气中的传感器节点易受环境影响,出现节点失效的现象,导致感知数据丢失数据集的不完整,用户无法有效而准确的利用感知数据进行分析。然而无线传感器网络是以数据为中心,数据的完整性对无线传感网络可利用性和性能具有十分重要的意义,因此研究感知数据进行备份的问题显得尤为重要。对现有算法进行分析与总结,数据备份算法主要面临以下两个问题:首先大量的传感节点收集的感知数据需要备份,对能量有限的传感器节点存在巨大的挑战,其次如何选择备份节点和确定备份数量,才保证网络的容错性。针对以上问题,本文从平均节点能耗、数据恢复率、网络寿命以及三个指标对数据备份算法展开研究。论文主要的研究工作为:第一,研究了基于时空冗余数据清除的数据备份问题。针对现有算法存在的不足之处,本文从备份数据集角度出发,重点研究了无线传感器网络中感知数据的时空相关性,提出了基于时空冗余数据清除的数据备份算法(TS_DB)。该算法首先用k-means算法将网络划分为k个簇,其后用挖掘模式探索簇内节点与簇首节点间的空间关联性,同时使用一元线性回归模型建立单个节点感知数据间的时间相关性,在误差范围内消除冗余数据,来确定网络中需要备份的感知数据集,最后根据节点的剩余能量确定备份数量。实验结果表明,所提出TS_DB算法与相关工作相比平均耗能更低,网络的寿命得到了大幅度的提高。第二,研究了能量高效的数据备份问题。本文从备份数量出发,以能量高效的方式保证网络的容错性,提出了能量高效的数据备份算法(EE_DB)。考虑到传感节点易受环境的影响而失效,备份节点存在备份数据的盲目性,导致sink节点存在大量的冗余数据。本文从冗余数据的清除和容错性角度出发,引入了健壮节点来备份普通节点的感知数据。该算法先建立时空冗余数据清除模型,然后根据权值矩阵普通节点选择备份路径,使得sink节点任选若干健壮节点可获取所有的感知数据。实验结果分析表明,本文提出的EE_DB算法在能量和容错性都比相关的工作有较大的提升。
【学位单位】:福州大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TP212.9;TN929.5
【部分图文】:

无线传感器网络,结构体系


16,17]??O??无线传感器网络的结构体系如图2-1所示。在监测的目标区域内,节点通过??随机分布形成了感知区域,节点之间通过相互协作自组织的形成了无线传感器网??络。网络中节点感知并采集目标对象相关的数据,每个传感器节点的感半径是有??限的,超过传感器节点通信范围以外的区域需要通过多跳的方式传将信息传送给??汇聚节点。通过通信网络如卫星、互联网、移动通信网络等,将汇聚节点的收集??的信息发送至管理控制中心,终端用户可以通过管理控制中心获取相关信息,根??据获取的相关信息对管理控制中心下达指示,实现远程监控和操作。??Z-??、.、??/?〇???.、??/?监测区域〇?'??/?°?〇?? ̄°?)??/-?一?'?(?°?°?〇??Internet或?一?\?—广s?_?—广s?八广v?(??、卫屋通信间?/?^?^?点?^?n.?????\??T?…〇。°?)??.?**?.z*?/??一—??篇理?传感器15点.:'????―一???-'??节点??图2-1无线传感器网络结构体系??无线传感器网络由应用支撑技术、信息安全、基础设备等组成了无线传感器??网络的中间件以及平台软件,具体的系统架构如图2-2所示,从图中可以看出,无??线传感器网络的中间件以及平台软件的结构体系是有层次化和模块化的

架构图,无线传感器网络,应用系统,架构


16,17]??O??无线传感器网络的结构体系如图2-1所示。在监测的目标区域内,节点通过??随机分布形成了感知区域,节点之间通过相互协作自组织的形成了无线传感器网??络。网络中节点感知并采集目标对象相关的数据,每个传感器节点的感半径是有??限的,超过传感器节点通信范围以外的区域需要通过多跳的方式传将信息传送给??汇聚节点。通过通信网络如卫星、互联网、移动通信网络等,将汇聚节点的收集??的信息发送至管理控制中心,终端用户可以通过管理控制中心获取相关信息,根??据获取的相关信息对管理控制中心下达指示,实现远程监控和操作。??Z-??、.、??/?〇???.、??/?监测区域〇?'??/?°?〇?? ̄°?)??/-?一?'?(?°?°?〇??Internet或?一?\?—广s?_?—广s?八广v?(??、卫屋通信间?/?^?^?点?^?n.?????\??T?…〇。°?)??.?**?.z*?/??一—??篇理?传感器15点.:'????―一???-'??节点??图2-1无线传感器网络结构体系??无线传感器网络由应用支撑技术、信息安全、基础设备等组成了无线传感器??网络的中间件以及平台软件,具体的系统架构如图2-2所示,从图中可以看出,无??线传感器网络的中间件以及平台软件的结构体系是有层次化和模块化的

一元线性回归模型,数据,备份


:在传感节点和汇聚节点利用连续m个历史数据根据公式(3_4),同时建立相同的一元线性回归模型进行数据预测。??利用一元线性回归模型的公式(3-3)计算节点&的后续感知若是节点&的预测的后续感知数据jc',.(m+l)与真实的数据;c,(m+l)的丨与用户可接受的误差阀值满足火说]关系式,则说明数据:cXm+1)也满足该回归模型,不需要将该感知数据传送给族k节点,同时也不需要将该数据进行备份,能够精简备份数据集,络中传输的数据量,从而节省传感节点的能量。??若是在炎&则说明感知数据〇+1)不满足该模型,需要传送行备份。若是在一段时间内,连续m个感知数据都不满足该模二乘法重新计算A和办参数,重建新模型。??备份??
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本文编号:2892007

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