無線傳感器網絡容錯關鍵技術和算法研究.pdf

1、無線傳感器網絡可廣泛應用于軍事、建筑、農業(yè)、醫(yī)療和環(huán)境監(jiān)測等領域，具有廣闊的應用前景和商業(yè)價值。將傳感器節(jié)點采集的環(huán)境數據傳送到Sink節(jié)點，并由網絡用戶進行分析處理，是無線傳感器網絡的主要任務之一。因此保障采集數據的完整性和準確性是無線傳感器網絡的主要Qos需求。
　　 然而，監(jiān)控環(huán)境的惡劣、信道的不穩(wěn)定、網絡擁塞等因素，使數據的感知和傳輸質量大大下降，導致無線傳感器網絡具有感知能力和傳輸能力不對稱的特性。感知和傳輸能力不對稱

2、主要表現在兩個方面，第一，普通無線傳感器網絡感應器主要采集易于傳輸的光強、溫度等標量信息，但是感應器長期暴露在惡劣環(huán)境中易發(fā)生故障；第二，隨著半導體技術的發(fā)展，多媒體傳感器節(jié)點采集的數據更加精細，但是大量的多媒體數據難以在低速率的無線通信設備中可靠傳輸。
　　 本文針對上述“傳感失諧”特性，圍繞傳感器網絡的容錯機制展開研究，主要工作如下：
　　 (1)研究傳感器網絡中節(jié)點感應器失效的容錯問題，提出一種基于點割集的感應失效

3、節(jié)點容錯算法。算法基于數據空間相關模型建立節(jié)點的數據強相關圖，依據強相關圖篩選出與失效節(jié)點具有高度相關性的點割集；利用無線通信的廣播特性，失效節(jié)點采用無線偵聽和路由轉發(fā)得到的點割集節(jié)點觀測量，對失效點觀測盲區(qū)進行正交估值?；邳c割集的感應失效節(jié)點容錯算法不僅可以修復網絡的觀測盲區(qū)，同時可以利用失效節(jié)點的剩余能量保持網絡連通度。
　　 (2)探討了不規(guī)則感知模型下的感應器失效節(jié)點容錯問題，提出了基于不規(guī)則感知模型的感應失效節(jié)點容錯

4、算法。算法結合節(jié)點的地理位置信息和數據相關性對失效節(jié)點的鄰居進行分類，然后采用分布式凸包判定算法勾勒出感知模型的邊界。根據感知邊界篩選出可以進行估值的鄰居節(jié)點觀測量。基于不規(guī)則感知模型的感應失效節(jié)點容錯算法可以在復雜的地理環(huán)境下對觀測盲區(qū)進行精確的修復，使用戶對觀測區(qū)域的全局信息做出更準確的分析。
　　 (3)針對丟包環(huán)境下視覺傳感器網絡帶寬利用率不高的問題，提出了基于散度模型的協(xié)作式圖像壓縮算法。算法基于熱擴散模型，采用了二值

5、量化壓縮算法，每個節(jié)點采集灰度圖像的像素值可用1比特表示，使視覺傳感器節(jié)點減少了圖像數據量。接著利用視覺傳感器網絡的協(xié)作特性，提出了基于簇結構的正交擴展傳輸機制，正交擴展生成圖像的每字節(jié)信息量可由簇內節(jié)點的二值量化圖像進行均分，降低了圖像傳輸時的錯誤敏感度。
　　 (4)由于視覺傳感器網絡經常出現集中式連續(xù)丟包，致使所傳輸圖像破損面積過大，Sink節(jié)點難以對圖像進行修復，我們提出網絡能耗均衡的圖像交織傳輸算法以解決該問題。交織算

6、法可以有效地將圖像中連續(xù)破損的像素分散到圖像中各個像素子塊中，提高圖像的錯誤消隱效果。但是過大的交織器意味著節(jié)點需要傳輸更多的數據。因此基于視覺傳感器網絡的二維觀測模型，結合已有的圖像融合技術，EAPI算法通過選取融合后的圖像塊，平衡了網絡能耗和交織器的丟包分散性能。
　　 (5)結合以上的研究工作基礎，本文設計了一個視覺傳感器網絡圖像傳輸原型系統(tǒng)。系統(tǒng)基于XBOW公司生產的iMote2節(jié)點硬件平臺，采用嵌入式Linux進行開發(fā)