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无线传感器网络数据融合算法及模型研究
作 者: 毕阳洋
导 师: 吴成东;张云洲
学 校: 东北大学
专 业: 模式识别与智能系统
关键词: 无线传感器网络 数据融合 时延 能量节省 聚类 异类数据
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 43次
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内容摘要
无线传感器网络具有组网快捷、灵活等诸多优点,在军事、工农业生产、城市管理、医疗、环境监测和抢险救灾等许多领域都有重要的应用,引起了学术界和工业界的高度重视。但是,研究表明数据传输消耗了总能量的70%;无线传感器网络能量、计算能力、存储能力、通信能力受到严重的限制,所以必须合理利用能量,延长无线传感器网络工作寿命;而通过数据融合来减少数据传输量是减少能耗最重要的技术之一针对无线传感器网络能量和计算能力严重受限等问题,通过对数据融合技术的研究,本文提出了一种适合大规模无线传感器网络的数据融合模型及融合算法。在深入分析网络节点分布密度与网络能耗关系的基础上,网络结构以层次区域划分,分析研究节点均匀分布和非均匀分布的优缺点,提出均衡网络区域能量,降低网络整体能耗的节点非均匀分布方案。应用.NET平台及多线程技术开发无线传感器网络数据融合仿真平台,提供数据融合仿真实验及相关性能指标分析服务。在数据通信阶段,结合节点非均匀分布方案,提出低能耗高速数据融合模型,为每个节点分配多个候选父节点;提出距离调节机制,平衡最短距离候选父亲节点和最大剩余能量候选父节点之间关系对网络能耗的影响,使剩余能量多、距离符合要求且传输能力强的节点作为父节点。在数据融合阶段,提出基于聚类技术的异类数据融合算法,利用传感器网络节点有限的计算能力对原始异类数据进行初步分类,从而减小网络通信量。两个阶段并行构建起无线传感器网络数据融合全过程。通过自行开发的仿真平台对数据融合模型及算法的性能进行了分析和评估实验,仿真结果表明:所建立的数据融合模型及算法在保证数据精度相对准确及时的情况下,能够有效延长网络生命周期、减少能量开销。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-11 第1章 绪论 11-17 1.1 课题来源、背景与意义 11-12 1.2 无线传感器网络概述 12-14 1.3 国内外研究现状 14-16 1.4 本文主要研究内容及组织结构 16-17 第2章 无线传感器网络数据融合 17-29 2.1 无线传感器网络数据融合技术 17-20 2.1.1 数据融合定义 17 2.1.2 数据融合设计目标 17-18 2.1.3 无线传感器网络数据融合分类 18-20 2.2 无线传感器网络数据融合路由协议 20-23 2.2.1 平面路由协议 20-22 2.2.2 层次路由协议 22-23 2.3 无线传感器网络典型数据融合方法 23-28 2.3.1 应用层中的数据融合方法 23-24 2.3.2 网络层中的数据融合方法 24-28 2.4 本章小结 28-29 第3章 无线传感网数据融合仿真平台设计 29-39 3.1 .NET开发平台 29-30 3.2 基于.NET的多线程技术 30-32 3.2.1 进程与线程 30-31 3.2.2 多任务多线程机制 31 3.2.3 .NET对多线程的支持 31-32 3.3 无线传感器网络仿真平台体系结构 32-33 3.4 无线传感器网络仿真平台数据采集模式 33-34 3.5 仿真平台功能及设计流程 34-38 3.5.1 平台模块功能及参数设定 35-37 3.5.2 仿真平台设计流程 37-38 3.6 本章小结 38-39 第4章 基于聚类的异类数据融合算法研究 39-49 4.1 异类数据融合算法的提出 39 4.2 聚类技术 39-41 4.2.1 聚类技术定义 40 4.2.2 聚类技术主要研究内容 40-41 4.2.3 无线传感器网络中的聚类技术 41 4.3 基于模糊C均值聚类WSN异类数据融合算法(DFCMDA) 41-45 4.3.1 模糊C均值聚类技术 41-43 4.3.2 分布式模糊C均值异类数据融合方法 43-45 4.3.3 DFCMDA数据融合算法流程 45 4.4 DFCMDA仿真实验分析 45-47 4.4.1 数据融合精确度及稳定性分析 45-46 4.4.2 算法运行效率分析 46-47 4.5 本章小结 47-49 第5章 低能耗高速数据融合模型 49-71 5.1 低能耗高速数据融合模型的提出 49 5.2 节点分布情况与网络能量消耗关系的研究 49-53 5.2.1 节点非均匀分布网络能耗模型基本假设 50-51 5.2.2 基于节点非均匀分布的网络能耗模型的设计 51 5.2.3 基于节点非均匀分布的网络低能耗解决方案 51-53 5.3 低能耗高速数据融合树(LEFDAT)模型设计 53-61 5.3.1 LEFDAT模型建立基本假设 54 5.3.2 LEFDAT模型研究 54-58 5.3.3 LEFDAT减少时延方案研究与设计 58-61 5.4 LEFDAT仿真实验分析 61-69 5.4.1 仿真实验基本假设 61-62 5.4.2 数据传输时间延迟对比分析 62-63 5.4.3 网络生命周期及能耗对比分析 63-69 5.5 本章小结 69-71 第6章 总结与展望 71-73 6.1 总结 71-72 6.2 展望 72-73 参考文献 73-79 致谢 79-80 攻读学位期间发表的论著和科研工作 80-81 作者简介 81
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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