基於網路採樣的分散式壓縮感測系統設計與研究

《基於網路採樣的分散式壓縮感測系統設計與研究》是依託西安電子科技大學，由肖嵩擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於網路採樣的分散式壓縮感測系統設計與研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：肖嵩
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

針對無線感測器網路(Wireless Sensor Network, WSN)中數據傳輸受WSN鏈路不穩定、冗餘信息量大、傳輸效率低等影響較大的問題，本項目通過對網路編碼抗丟包特性以及壓縮感知非自適應採樣特性的研究，提出了一種數據在網路編碼傳輸的同時完成隨機線性投影壓縮採樣的網路採樣新概念。在相關性強的多個感測節點形成的節點簇單元內，通過研究合理的網路採樣方法，對節點簇的整體信號進行測量，充分利用網路編碼和壓縮感知的優勢，在保持採樣數據壓縮效率的同時提高網路傳輸效率，克服無線感測器網路丟包率高的問題。在各節點簇單元之間，研究基於分散式壓縮感知的聯合稀疏信號建模和重構方案，進一步提高信息的恢復質量或降低同等恢復質量下所需的數據量。本項目的研究將為網路編碼和壓縮感知的優勢聯合提供一種新思路，為大規模無線感測網路的高效數據採集和重構提供一種新方案。

結題摘要

本項目針對無線感測器網路（WSN）中數據傳輸冗餘大、傳輸效率低等問題，提出一種將數據壓縮與傳輸同時進行的處理方法，即“網路採樣”技術，該技術同時利用網路編碼與壓縮感知（CS）的技術優勢，實現大規模數據在WSN中高效可靠傳輸。本項目還探索了在保持壓縮感知理論中少量測量即可精確重構原始信號特性的新方法，以提高網路傳輸效率並克服無線感測器網路中的高丟包率問題。項目組在基於網路採樣的分散式感測系統設計、網路採樣編碼核的設計和基於網路編碼的壓縮採樣方案設計三個方面展開研究，取得的主要創新成果如下： 1.從WSN的信息時空相關性出發，首次將結構化隨機測量的思想引入基於克羅內克積的CS理論中，提出基於鄰居輔助的時空相關信號的測量方法，通過一小部分無線感測器節點及其隨機選定的唯一鄰居節點的協作，實現整個網路在採集周期內的數據收集，大大降低了網路通信量。基於改進的克羅內克積CS理論，深入發掘網路數據的時空相關性，提出基於稀疏採樣的有效數據收集方法。對於大規模密集WSN具有空域相關性的數據，提出一種新的無線感測器網路數據收集方案——鏈路採樣，並設計了其物理實現方案。 2.設計了具有不同結構和優勢的五種採樣編碼核，分別滿足CS理論的約束等距性條件或者低相關性，從理論和仿真方面驗證了採樣編碼核對稀疏信號具有較好的恢復性能。3.針對傳統的編碼感知路由協定在數據包編碼時沒有考慮編碼節點快取狀態的問題，提出了一種基於快取管理的高效編碼感知路由算法，提高了網路吞吐量；針對傳統基於機會的網路編碼策略會降低網路編碼對時延和抖動貢獻的問題，分別提出了一種低時延和低抖動編碼感知路由數據傳輸算法，最佳化了網路時延和抖動方面的性能。本項目共發表學術論文24篇（SCI檢索8篇，EI檢索13篇，核心2篇），其中期刊論文16篇，會議論文8篇（最佳會議論文獎1篇）；出版專著一部； 申請國家發明專利15項（已授權8項）；申請軟體著作權2項（已授權2項）；培養博士生4名，碩士生 11名。