WSN中的分布式压缩感知

为了解决传统的压缩感知算法在无线传感器网络中实现的难题,首先研究了用定时器控制ADC进行随机压缩采样的压缩感知技术,实验表明,该方法有效可行。在此基础上提出了基于无线传感器网络的分布式压缩感知算法。该算法通过对随机压缩采样序列的拆分实现分布式压缩采样,最后利用合并后的采样值和CoSaMP算法完成对信号的重构。仿真和实验表明,该方法能够在星型网络拓扑中实现以1/10的标准采样频率下实现信号的重构。     

一种新的基于压缩感知的WSN多目标定位方法

考虑无线传感器网络中定位信息的不完备性,将传感器网络监控区域划分成多个小网格,节点与目标随机分布于网格中,以目标位置信息为稀疏向量,提出了一种新的基于压缩感知的多目标定位方法。该方法将传感器节点感知到的目标数测量矩阵表示为压缩感知理论中测量矩阵、稀疏矩阵与稀疏向量的乘积形式,通过稀疏信号的重构算法恢复目标位置稀疏向量,实现多目标定位。考虑到感知矩阵不满足受限等距性条件,对此矩阵进行了正交化处理,使其满足重构算法的要求。通过仿真分析了节点感知半径、待定位目标数、传感器节点数对目标定位性能的影响。仿真结果表明,在定位信息不完备的情况下,上述方法能够满足无线传感器网络的目标定位要求,且该方法不依赖于硬件测距,其计算复杂度和定位精度与基于接受信号强度(RSS)的压缩感知定位算法相当。     

基于DS证据理论和压缩感知的WSN数据融合策略设计

为了降低WSN数据量和延长网络生命周期,设计了一种基于DS证据理论和压缩感知的WSN混合数据融合策略;首先,在分簇协议的基础上引入了基于DS证据理论和压缩感知的混合模型,然后,采用改进的DS对所有簇成员节点的基本信度分配函数进行加权处理,在簇头处采用加权和归一化的信度分配函数计算证据对各命题的支持程度,将支持程度较大的若干命题作为DS融合结果,在此基础上采用压缩感知方法通过构造测量矩阵对融合结果进行稀疏化表示,并在基站处对稀疏信号进行重构;仿真实验表明,文中方法能有效地实现数据融合,且和其他方法相比,具有重构误差较小和网络生命周期较长的优点,具有较大的优越性。     

基于改进SL0压缩感知的WSN多目标定位

为提高定位的精度与速度,将改进的平滑[l0]（smoothed [l0],SL0）压缩感知算法应用于无线传感网络（WSN）定位中。首先通过感知区域的网格化,将定位问题转化为压缩感知问题,采用更陡峭的近似双曲正切函数去逼近[l0]范数,将压缩感知重构中的[l0]范数最小化问题转化为求解光滑函数最小值的最优化问题。其次,针对算法中因最速下降法“锯齿现象”导致的收敛速度慢、估计不精确等缺点,引入了混合优化算法,该算法结合了最速下降法和修正牛顿法的优点,提高了重构精度和速度。仿真结果表明,改进的SL0算法相对于匹配追踪（OMP）、基追踪（BP）、SL0算法等在定位精度与实时性上有了明显提高。     

WSN中一种基于压缩感知的目标定位算法

针对目前的目标定位算法在定位误差等方面的不足,提出一种基于压缩感知的目标定位算法。将传感器网络划分为多个网格,相对于网格个数,目标个数是稀疏的,因此将目标定位问题转化为稀疏信号重构问题,基于目标的能量衰减特性设计测量矩阵,证明其满足RIP性质,并运用该算法来实现目标的精确定位。理论分析和仿真实验结果表明,该算法在目标定位误差及稀疏信号重构性能等方面优于传统的Binary等算法。     

基于压缩感知的低能耗图像传感器节点研究

在无线多媒体传感器网络中,多媒体传感器节点的能耗问题是限制其应用和发展的重要因素。从图像编码复杂度和编码压缩率方面对节点的能耗进行分析,研究基于压缩感知(CS)的图像编码理论和节点的能耗模型。然后结合能耗模型,通过实验仿真分析DCT-CS图像编码方案和JEPG图像编码方案的图像编码和传输总能耗。实验结果表明,相比于JPEG方案,DCT-CS方案能够降低节点的总能耗。最后,在STM32F103和CC2530硬件平台上完成基于DCT-CS编码的图像传感器节点软、硬件设计,以达到降低节点能耗的目的。     

WSN中基于压缩感知的分簇数据收集算法

为减少无线传感器网络的数据通信量和能量消耗,基于WSN节点数据时空相关性的特性,提出一种将K-means均衡分簇和CS理论相结合的数据收集方法。首先,通过K-means聚类算法均匀划分网络成簇。然后,各簇首对采集到的数据进行基于时空相关性的压缩感知并传输至基站Sink节点。最后,Sink节点采用OMP算法对收集到的数据进行精准重构。仿真结果表明,该算法有效减少了无线传感器网络的数据通信量和压缩感知算法重构过程所需要的观测量。     

WSN中基于贝叶斯压缩感知的信息隐藏传输研究

提出了一种无线传感器网络中,在压缩感知域内对敏感数据进行嵌入及提取的安全传输框架。在该框架中,传感器节点利用压缩感知技术对敏感数据进行编码,在基站端利用基于贝叶斯的压缩感知重构算法进行敏感数据的恢复。充分利用压缩感知技术特点,编码的复杂性转移到基站,而传感器节点仅需执行简单的线性运算,从而在实现敏感信息安全传输的同时减少了能量消耗。仿真结果表明,该算法能够在无线传感器网络中实现敏感数据的安全传输,并且具有抗噪性强的特点。     

基于压缩感知的多目标定位中的测量矩阵设计

根据传感器网络中定位问题天然的稀疏性,研究了基于压缩感知理论的多目标定位方法。首先将目标位置信息表示成一个稀疏向量,将定位问题转化为向量估计问题。通过部署少量传感器测量接收信号的强度值,求解一个₁范数最优化问题便可精确地重构出位置向量。相对于当前压缩感知定位中常用的稀疏随机测量矩阵,提出了一种改进的测量矩阵设计方法,指示传感器节点进行有规律、均匀的部署。仿真结果表明,相较于传统随机测量矩阵,改进测量矩阵在定位精确度和稳定性上都体现了巨大优势。     

无线传感器网络节点位置验证框架

节点定位是无线传感器网络(wireless sensor network, WSN)关键支撑技术之一,传统的定位算法均假设信标节点位置是可靠的,导致其无法应用于存在信标漂移、虚假信标和恶意信标的场景.针对上述问题,提出一种分布式轻量级的节点位置验证框架(node location verification framework, NLVF),作为底层框架为传统的2类定位算法(基于测距的定位算法与非测距定位算法)提供信标位置验证服务,以过滤位置不可靠的信标扩展传统定位算法的应用范畴.节点位置验证的核心算法UNDA(unreliable node detection algorithm)是基于节点相互距离观测结果建立位置信誉模型,在定位过程中排除位置信誉较低的信标,以提高定位结果的可靠性.实验结果表明,NLVF可服务于基于2类测距技术的定位算法,且适用于存在3种不可靠信标的场景,具有普适性;UNDA算法具有较高的检测性能,平均检测成功率在95%以上,NLVF具有较高的可用性.     

基于WSN的二氧化碳传感器节点设计与实现

研究了ZigBee技术及JN5139CPU混合信号控制器,从无线传感器网络的基本单元出发,采用红外CO2传感器采集数据,设计了基于JN5139CPU模块的具有全功能设备(FFD)的灵活多变、性能优越的二氧化碳传感器节点。为无线传感器网络的深入研究提供了一个良好的硬件平台。系统具有较高的精度,实用性强,成本低,功耗小,应用前景良好。     

基于压缩感知的数据压缩与检测

在无线传感器网络（ WSN）中,以往都是采用奈奎斯特技术对信号进行采样并重构,而随着信号频率的增加,应用奈奎斯特技术会使成本大幅度的增加,这是人们所不乐见的。针对这一问题,近年来出现一种新的技术即压缩感知技术,它能利用更少的数据和合适的重构方法得到更精确的原始信号。将稀疏贝叶斯学习（ SBL）和压缩感知联合起来,形成了一种在有噪声的情况下更好重建可压缩信号的方法,并进一步将这种方法应用在WSN中,可以在误差允许的范围内有效控制测量数据的维数,在保证一定误差的同时还减少了成本,提高了算法的效率。     

基于Z-Stack的WSN节点中断程序设计

提出一种基于Z-Stack的WSN(Wireless Sensor Network,无线传感器网络)节点中断程序设计方案.系统采用TOP-WSN物联网教学实验系统作为硬件平台,利用中断方式实现对于传感器节点数据的实时采集.数据信号由传感器本身发出,使得节点上的CC2430芯片产生外围中断,再由协议栈经过适当处理后发送到...     

基于无线传感器网络的机房温度监控系统

传统的有线监控系统不仅布线困难、麻烦,而且维护成本很高。针对这一情况,本文设计基于无线传感器网络的机房温度监控系统。根据实际情况,从低成本、低功耗的角度出发,对该系统软硬件进行设计。网络节点的设计采用AT89C51芯片,终端节点采用电池供电,具有良好的低功耗特性及自组网和自愈功能,具有一定的实用价值。     

基于UKF滤波的WSN节点定位研究

无迹卡尔曼滤波(UKF)模拟系统的后验概率密度函数,避免了扩展卡尔曼滤波(EKF)中引入的较大线性化误差的缺陷.本文提出了一种基于加权最小二乘法(WLSE)和UKF的无线传感器网络(WSN)节点定位算法.算法采用TOF测距技术测量未知节点到信标节点的距离,利用加权最小二乘法估算未知节点的初始位置,并采用UKF滤波对节点进行精确定位,同时与EKF滤波结果进行比较.相关分析结果表明,算法在TOF测距基础上,将加权最小二乘法和UKF滤波结合,可以较大提高节点的定位精度.     

一种基于分布式最小均方差序贯估计的气体泄漏源定位算法

基于无线传感网络的气体泄漏源定位在环境监测、安全防护和污染控制等多个领域具有重要意义。提出一种基于分布式最小均方差(D-MMSE)序贯估计的气体泄漏源定位算法。其通过构建一个包含节点之间信息增益与网络能量消耗两方面参数的信息融合目标函数,并对目标函数寻优实现路由节点的调度与选择。所选节点在其测量值和前节点估计值并通过与邻居节点信息交互的基础上完成气体泄漏源位置参数估计量及其方差的更新与传递。为了降低网络能耗,邻居节点集的选择半径随估计量方差做动态调整。仿真分析表明所提算法对比单节点序贯估计定位算法在一定的能耗条件下可获得较高的定位精度和速度。     

基于联合节点行为策略的WSN覆盖控制算法

针对无线传感器网络在对移动目标节点覆盖过程中出现网络能量快速消耗问题，提出了一种基于联合节点行为策略的覆盖算法。根据网络模型建立传感器节点与目标节点从属关系，确定覆盖关联模型；利用概率理论求解邻居节点冗余覆盖度，确定最少传感器节点数量；给出了邻居节点覆盖期望值的求解方法；仿真实验表明，该算法与其他算法在网络覆盖率和网络生存周期两个性能指标上均提升了12.39%和15.01%，从而验证了算法的有效性。     

基于移动信标节点的无线传感器网络定位算法研究

研究了无线传感器网络中的节点定位算法问题,提出了一种新的基于移动信标节点的定位算法。该算法利用一个移动信标节点遍历整个网络,并周期性地广播包含其当前位置信息的分组,当未知节点接收到三个(或以上)与它的距离为通信半径的位置信息分组后,利用三边法计算自身位置。进而,考虑通信半径存在摄动的情况,利用极大似然法替代三边法提高算法的抗干扰能力。最后,通过仿真研究了该算法的特性,并与DV-Hop定位法进行了比较,仿真结果表明该定位方法在定位误差、通信量和网络结构适应性等方面均表现出良好的性能和优越性。     

基于CC2530的溶解氧无线传感器网络节点硬件设计

提出一种基于Soc芯片CC2530的水质参数溶解氧无线侍感器网络采集节点的硬件实现方案.该设计方案主要包括数据采集模块、处理模块、无线通信模块和电源模块四部分.各模块电路易于实现,具有较强的实用性和通用性.