三维水声传感器网络自适应分辨率数据重构研究

发布时间：2017-04-09 19:16

  本文关键词：三维水声传感器网络自适应分辨率数据重构研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海洋是维持人类生存和社会进步的重要基地,随着经济的不断发展和科学技术的不断进步,人们迫切需要开发和利用海洋资源。无线传感器网络以其部署灵活、成本低廉、覆盖广泛等优势成为人类认识和开发海洋资源的重要手段。由于水下电磁波衰减过快,因此一般采用声波进行通信。但恶劣的水下环境,节点通信、能耗等问题都限制了水声传感器网络的应用。压缩感知理论利用信号的稀疏性,用少量的采样值实现信号的精确重构,因此自提出以来就获得了广泛关注。在水声传感器网络中应用压缩感知理论可以显著降低数据收集数量,降低数据传输对节点能量和通信带宽的要求,从而延长网络生存时间。本文主要研究基于压缩感知的三维水声传感器网络数据收集系统。着重研究自适应分辨率数据重构以及能量高效的路由设计,并实现网络生存时间和目标数据质量的折中。首先,研究基于压缩感知的数据自适应分辨率重构方法。为了解决水声信道不稳定性造成的汇聚节点接收的数据包数量不足时重构误差大幅增加的问题,提出在适当的范围内降低重构数据的分辨率的解决方案。降低重构分辨率可以同时降低数据的稀疏度,进而达到减少重构误差的目的。提出分辨率调整的机制以及基于误差和分辨率的重构数据质量评价指标,根据该评价指标设计自适应分辨率调整方案,对于既定观测值,自适应地调整分辨率以获得质量最好的重构数据。作为水声网络研究的基础,水声信道以其复杂性成为一个研究热点。本文对水声信道的能耗特点加以研究。介绍水声信道的衰减、噪声、带宽等特性,设计传输能耗模型。根据能耗模型分析能量效率最高的最优传输频率和传输距离。其次,设计能量高效的三维水声传感器网络路由协议。介绍了三种现有的三维路由算法,分别是分层路由VAPR、树状路由3DIAIR和分簇路由New LEACH。并结合树状路由和分簇路由的优势,提出Hybrid LEACH算法,并以延长网络生存周期为导向,分析算法的参数设置。同时设计基于压缩感知的与路由算法相适应的观测矩阵构造方法和基于子网络划分的重构方法。最后,结合路由协议与数据自适应分辨率重构方法,设计基于压缩感知的三维水声传感器网络信息采集系统。对影响系统重构精度、重构分辨率和网络生存时间等性能的各参量加以分析和仿真,确定系统的自适应调整机制。综合考虑网络能耗和重构质量,通过调节各个参数调整重构和路由策略,实现在适当的重构分辨率和精度的前提下尽量延长网络生存时间。
【关键词】：三维水声传感器网络 压缩感知 数据重构 路由协议
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源及研究意义9-12
• 1.2 国内外发展动态和研究现状分析12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.2.3 国内外文献综述简析14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 基于压缩感知的自适应分辨率数据重构17-28
• 2.1 压缩感知概述17-18
• 2.2 调整分辨率数据重构18-20
• 2.3 重构数据质量评价20-22
• 2.4 自适应分辨率调整策略22-24
• 2.5 性能仿真分析24-27
• 2.5.1 调整分辨率数据重构24-25
• 2.5.2 数据质量估计25-26
• 2.5.3 自适应分辨率调整策略26-27
• 2.6 本章小结27-28
• 第3章 水声传感器网络能耗模型28-36
• 3.1 水声信道衰减28-29
• 3.2 水声信道噪声29-30
• 3.3 单跳传输能量消耗30-31
• 3.4 水声信道最优频率31-33
• 3.5 水声信道可用带宽33
• 3.6 直线等距网络的最优传播距离33-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第4章 三维水声传感器网络路由算法设计36-57
• 4.1 基于水压的空洞感知路由(VAPR)36-40
• 4.2 三维夹角循环路由(3DIAIR)40-44
• 4.3 三维增强LEACH协议(New LEACH)44-45
• 4.4 混合分簇路由(Hybrid LEACH)45-47
• 4.5 数据重构47-48
• 4.6 性能分析48-56
• 4.6.1 路由算法48-54
• 4.6.2 子网络分割方法54-56
• 4.7 本章小结56-57
• 第5章 三维水声传感器网络信息采集系统57-68
• 5.1 三维水声传感器网络信息采集系统结构57-58
• 5.2 系统自适应调整方案58-60
• 5.3 性能分析60-67
• 5.3.1 影响系统性能的参数分析60-65
• 5.3.2 系统自适应调整方案性能65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-70
• 参考文献70-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 柯涛;基于三维胞元空间的无线传感器网络路由算法研究[D];浙江大学;2013年

  本文关键词：三维水声传感器网络自适应分辨率数据重构研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：295950