一种频谱监测无线传感器节点的设计与实现

针对频谱监测设备低成本、小型化的需求,提出了一种基于无线传感器网络的频谱监测方案.该方案利用频谱接收模块采集空间FM(frequency modulation,调频)信号;使用控制器模块对数据进行处理,并通过无线传感器网络的方式实现节点间的组网通信,完成数据的无线传输;采用斐波那契优化算法处理节点采集的数据.测试结果表明基于该小型化的无线电频谱监测节点可实现网络化的对FM信号的采集和无线传输,使用的算法能准确地提取有效信号.     

基于ATmega128的连续信号压缩感知实现方法

为了解决硬件对高频模拟信号采集困难的问题，根据连续信号可以在特定的频域有稀疏的特性，在采样节点，根据伯努利观测矩阵分布特点设计采样间隔，利用压缩采样方法采集数据，降低收发芯片CC1000所需发送的数据量，从而降低传感器节点在通信传输时所损耗的能量，延长节点的使用时间；在汇聚节点使用压缩采样匹配追踪算法(Compressive Sampling Matching Pursuit, CoSaMP)对接收到的稀疏数据进行重构，将重构的数据通过串口助手导出到终端，使用Matlab软件绘图分析，验证压缩感知实现方法的可行性。实验结果表明：该方法能够很好的在ATmega128芯片上实现压缩观测。在压缩率达到68%时，通过分析计算原始信号波形和重构信号波形，二者具有99.30%的相似度，显然将压缩感知理论可应用到局域网中，能减少网络传输的数据量，降低网络传输的能耗。     

无线传感器网络能量模型

随机抛洒的无线传感器节点形成何种逻辑拓扑结构将直接影响高层通信协议和网络运行能耗,而合理使用有限能量资源是无线传感器网络研究的核心问题.基于传感器节点工作能耗分布特点和数据传输能耗模型,建立传感器节点能量模型和网络传输模式模型,对单跳传输和多跳传输两种方式下的网络总能耗和单节点能耗进行理论计算,并分析不同网络拓扑结构对网络能耗和网络运行的影响.通过理论计算推导出不同网络拓扑结构和传输模式下无线传感器网络总能量消耗公式和网络能耗分布规律,为设计能量有效的无线传感器网络拓扑结构提供指导,为实现无线传感器服务质量体系下的高层通信协议提供理论基础.     

基于随机滤波的雷达信号采样和目标重建方法

受奈奎斯特采样定理的约束,传统雷达在提高分辨率和满足实时性要求时,面临高采样率、快处理速度、大存储容量等问题的挑战。压缩传感理论指出,稀疏信号可通过其一组线性测量值重建得到原信号,在获得测量值时,采样率可低于奈奎斯特采样频率。值得注意的是,当测量矩阵的元素具有随机性时,测量矩阵和稀疏化矩阵在较大概率上满足压缩传感理论的测量要求,具很强的适应性。然而,随机测量矩阵在雷达系统中很难实现。本文提出一种基于随机滤波的雷达信号采样和目标重建的方法,该方法计算效率高,只需在传统雷达系统中稍加改动即可实现。计算机仿真验证了该方法的可行性。     

基于SVD的无线多媒体传感器网络图像压缩机制

针对无线多媒体传感器网络图像压缩问题,从节点协作特性出发,提出了一种基于奇异值分解的图像压缩传输方案.首先研究了基于SVD的分块图像自适应压缩算法,以平衡网络能耗为目标,将相机节点和普通节点按照角色分工,协作完成图像采集、压缩和传输工作.相机节点负责采集图像信息,然后将图像分块发送给簇内普通节点;簇内普通节点对分块图像进行自适应压缩并将数据发送给簇头节点;簇头节点再将压缩后的数据转发至基站.仿真结果表明,提出的网络拓扑方案和图像压缩传输机制极大地缓解了图像采集节点的能耗压力,有效地平衡了网络的节点能耗.与JPEG2000协同图像压缩方案相比,基于SVD的图像处理方案的网络总能耗更少;且后者能够有效地对图像进行压缩传输,平衡网络能耗,延长整个网络的生命周期.     

基于压缩传感的模拟-信息系统

根据奈奎斯特采样定理,采样频率至少为原始带限信号最高频率的两倍时,信号才能被完好地恢复,这将产生极大的数据量,给信号的获取及传输造成很大压力。压缩传感理论可以有效地解决这些问题,通过对某个基上稀疏的信号在接收端进行有限次随机测量,可获得比奈奎斯特采样小得多的传输数据量,并能够在接收端实现高概率精确重建。模拟-信息系统给出该理论的前端的一个物理实现的过程。     

无线传感器网络中基于压缩感知的静止图像压缩方案研究

受功耗、成本和无线传输环境的限制,无线传感器网络中采集图像的节点并不适合采用传统静止图像压缩标准JPEG、JPEG2000.为了适应无线传感器网络的“轻编码、重解码”的特点,提出了一种基于压缩感知(Compressive Sensing,CS)的静止图像压缩方案.该方案在编码端进行分块测量,分块测量次数根据图像的边缘信息自适应地分配;在解码端则利用分块观测数据进行整帧重建.仿真实验表明,与已有的基于CS的图像压缩方案相比,该方案可有效地降低CS测量成本,并可在重建时消除图像的边缘模糊与块效应现象.     

WSN中一种自适应协作MIMO传输方案!

针对能量受限的无线传感器网络,提出一种能量有效的自适应协作MIMO传输方案.该方案能够根据传输信息的无线信道环境和传输距离,依据总能耗最小化原则对收发端协作节点数目和调制方式进行联合优化选择,进而提高网络的能量效率.仿真结果表明:与现有的协作MIMO传输方案相比,该方案能进一步提高无线传感器网络的能量效率,在理论上具有一定的参考价值.     

一种WSN中基于局部数据的压缩感知算法

当前,无线传感器网络的研究中最突出的是传感器节点的能耗问题.已有的无线传感器网络中的数据传输方式不仅能量浪费严重,而且网络的整体能耗不平衡,因此根据无线传感器网络所传输数据的特点,将改进后的压缩感知算法应用于其中.该过程中,压缩感知思想的应用大大减少了无线传感器网络中的数据传输次数,并保证每个节点的传输次数相同,这样不仅减小了节点能量的消耗,还维持了整个网络的能耗平衡.     

基于能量迭代模型和蜂群优化的异构无线传感器网络节能分簇路由算法

针对无线传感器网络节能分簇路由通信时存在数据传输节点死亡数量较多、传输能耗输出较大的问题,提出一种基于能量迭代模型和蜂群优化的异构无线传感器网络节能分簇路由算法.首先构建网络通信能耗模型,以缩减能耗为目标结合差分蜂群算法及时优化网络节点分布;然后基于网络节点分布优化结果,制定异构无线传感器网络节能分簇方法,使用能量迭代选簇方法确定簇头,获取簇头半径完成异构无线传感器网络的通信节点节能分簇;最后设定通信簇头节点与基站之间的距离,确定节点通信时的路由等级,并结合多跳的路由通信方式,实现异构无线传感器网络的节能路由通信.实验结果表明,利用该方法进行网络节能分簇路由通信时,数据传输节点死亡数量最多为22个,节点传输最大能耗为21 nJ/bit,表明该方法节点通信节能效果较好.