壓縮感測在無線感測器網路套用中的關鍵技術研究

《壓縮感測在無線感測器網路套用中的關鍵技術研究》是依託武漢大學，由賈小華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：壓縮感測在無線感測器網路套用中的關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：賈小華
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

由於感測器受限於能量供應，減少數據傳輸從而實現節能目標是無線感測器網路設計的重要任務。壓縮感測是一種新興技術，它從少量不完整的觀察中重建原始數據，該理論表明感測器只需傳輸少量的數據投影到匯聚節點，就可以重建原始數據。本項目研究壓縮感測在無線感測器網路套用中的關鍵技術。為了正確地運用壓縮感測恢複數據，我們將研究不可靠感測器節點和易失效通信鏈路對壓縮數據收集的影響，在包錯誤或丟失的情況下設計高效準確的數據恢復算法；根據監測區域數據的時間相關性和空間相關性，使用更少的採樣或歷史數據重建完整的數據地圖；設計利用壓縮感測進行數據收集的路由算法，最小化數據傳輸代價；設計感測器網路的分簇算法，利用混合的數據收集方法，減少數據收集的通信開銷；探索將壓縮感測套用於目標定位的可行性，開發有效的定位算法。研究成果可直接套用於無線感測器網路的數據收集和目標定位，具有較強的理論和實際研究意義。

結題摘要

圍繞物聯網和感測器網路、數據傳輸和處理、網路和計算結構等方面開展了研究。（1）物聯網和感測器網路。在無線感測器網路中若僅僅只採用壓縮感測，總傳輸次數還是很大。我們提出了使用壓縮感測的混合式技術。已有工作通常將壓縮感測使用在路由樹上，我們提出使用混合壓縮感測的聚簇算法。感測器網路被聚集成若干個簇，在一個簇內。節點將數據傳輸到簇頭，該過程不使用壓縮感測；而簇頭之間使用壓縮感測將數據傳輸到匯聚節點；研究了基於競爭的無線感測器網路的實時數據聚集，該網路使用在IEEE 802.15.4和IEEE 802.11標準中定義的CSMA/CA協定。問題是給定一棵數據聚集樹和時延約束，在滿足時延約束條件下最大化所有感測器節點的平均傳輸成功率。在CSMA/CA協定中，傳輸成功率與期望傳輸時延對節點所受干擾非常敏感，它們隨著干擾程度的增大急劇增長，並且在大規模的感測器網路中，節點干擾也較大。提出將CSMA/CA和TDMA調度相結合的方法。將同一個父節點下的子節點分成若干組，每一組節點調度到不同的時間幀傳輸。在同一組內，節點之間還是採用CSMA/CA協定競爭信道；在自組織車載網路中，路邊單元被套用於許多領域，以提高智慧型交通系統的性能。研究了有預算的時延受限系統中的RSU放置問題。給定預算和時延約束，考慮的問題是如何發現最佳的候選點放置c-RSU或w-RSU，以實現最大的覆蓋範圍，因此從c-RSU發出的信息可以在時延範圍內被快速分發到儘可能多的車輛；（2）數據傳輸和處理。我們研究了在無線mesh網路中聯合使用功率控制和傳輸調度最小化廣播時延。給定多個mesh路由器和一棵根節點為網關的廣播樹，任務是為每箇中繼節點調節功率，並且計算最優的調度，使得從根節點廣播的數據包所經歷的最大時延最小；研究多速率無線mesh網路中使用定向天線的最小化時延廣播。給定多個裝配了定向天線的無線路由器和一個網關節點，網關同時也是廣播源，目標是通過確定中繼節點、並為中繼節點設定天線的波束數量和波束方向以最小化所有路由器從網關接收到廣播數據包的時延；（3）網路和計算結構。隨著套用對計算能力需求的不斷提高，越來越多的數據中心消耗大量的電力資源，因此數據中心的節能是一個刻不容緩的問題。提出在虛擬數據中心中進行多維度的資源分配，以減少能量消耗，並滿足QoS需求；研究了獨立支撐樹的構造。