无线传感器网络分布式检测研究与应用

论文摘要

无线传感器网络是由大量的微小节点通过无线通信技术组成的自组织网络。传感器网络集数据的采集、传输、融合分析于一体,是信息技术的一个新领域。而分布式检测系统作为无线传感器网络上一种具体应用,可应用于军事指挥、控制、通信、气象预报和医疗诊断等。在分布式检测系统中,每个传感器对得到的观测数据先进行一定的预处理,然后将数据传送给其它节点并进行融合压缩处理,最后再汇总到管理中心。对数据的压缩性预处理降低了对通信带宽的要求,减少了能量消耗,降低了对单个传感器的性能要求和造价。分散的信号处理方式也可以增加计算容量。但是,由于管理中心只能得到压缩的观测信息,相对于无压缩融合处理的集中式检测会有性能损失。然而,通过对传感器信息的最优局部处理和合适的数据融合技术可以减小性能损失。但是,由于无线传感器网络无线通信的特殊性,无线通信信道往往非常复杂。在传统的分布式检测研究中,往往是将检测算法和通信因素分成两个领域来进行研究,一般在最终检测分析处理时不会考虑数据在传输过程中所受影响。近年来,有学者将信道的影响因素考虑进了分布式检测系统的融合处理中,称为信道敏感性检测融合。本文在简要介绍了无线传感器网络和数据融合理论的基本概念后,对基于无线传感器网络的信道敏感性分布式检测融合算法进行了研究和分析,并在分析了无线传感器网络中的核心技术之一的分簇路由协议之后,针对分簇路由技术结合当前典型的分簇路由算法,对各信道敏感性检测融合算法在各分簇路由协议中的应用情况和使用效果进行了分析。随后,针对无线传感器网络分簇路由协议中,分层的网络结构下无法有效使用信道敏感性检测融合算法的问题,对算法进行了推广改进,并对算法进行了仿真和分析,结果显示改进后的算法能够在分层的网络结构下进行有效的检测。然后再结合典型的分簇路由算法,对推广改进后算法在各典型分层路由下的应用情况和使用效果进行了简单的分析。最后,对研究工作进行了总结,并为以后的检测算法研究和实际无线传感器网络设计两方面提出一些新的建议,使二者的研究能够更有效的结合起来,提高整体性能。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文主要研究内容及论文结构
• 1.2.1 论文主要研究内容
• 1.2.2 论文结构
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.1 网络结构
• 2.1.2 传感器节点结构
• 2.1.3 传感器网络协议栈
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.2.1 无线传感器网络与现有无线网络的区别
• 2.2.2 传感器节点的限制
• 2.2.3 无线传感器网络的主要特点
• 2.3 传感器网络的应用
• 2.4 无线传感器网络的研究进展
• 2.4.1 军事领域
• 2.4.2 民用领域
• 2.5 传感器网络的关键技术
• 2.6 小结
• 第三章 数据融合概述
• 3.1 数据融合的基本概念及原理
• 3.1.1 数据融合的概念
• 3.1.2 数据融合的原理
• 3.2 数据融合的通用模型
• 3.3 数据融合的方法
• 3.3.1 随机类方法
• 3.3.2 人工智能类方法
• 3.4 数据融合的分类
• 3.4.1 像素级融合
• 3.4.2 特征级融合
• 3.4.3 决策级融合
• 3.5 数据融合的应用
• 3.6 数据融合存在的问题和发展趋势
• 3.7 数据融合与无线传感器网络的关系
• 3.8 小结
• 第四章 信道敏感性分布式检测融合技术研究与分析
• 4.1 数据融合在无线传感器网络中的作用
• 4.2 分布式检测的基本结构与分析
• 4.3 信道敏感性分布式检测融合技术研究
• 4.3.1 信道敏感性最优检测融合算法研究
• 4.3.2 Chair-Varshney检测融合算法研究
• 4.3.3 最大比合并检测融合算法研究
• 4.3.4 等增益合并检测融合算法研究
• 4.4 各检测算法的仿真与分析
• 4.4.1 各检测算法的仿真
• 4.4.2 各检测算法分析
• 4.5 小结
• 第五章 信道敏感性检测融合算法在分簇路由协议中的应用分析
• 5.1 无线传感器网络中的分簇路由控制技术
• 5.1.1 传感器网络路由协议与传统网络路由协议的区别
• 5.1.2 无线传感器网络分簇路由协议
• 5.2 典型的分簇路由算法
• 5.2.1 LEACH分簇算法
• 5.2.2 GAF分簇算法
• 5.2.3 DAEA分簇算法
• 5.3 几种分簇路由算法的分析与比较
• 5.4 各检测融合算法在几种典型分簇路由中的应用分析
• 5.4.1 LEACH路由算法中的相关检测应用分析
• 5.4.2 GAF路由算法中的相关检测应用分析
• 5.4.3 DAEA路由算法中的相关检测应用分析
• 5.5 小结
• 第六章 信道敏感性检测融合算法的推广改进与研究
• 6.1 信道敏感性分布式检测融合算法在分簇路由控制协议中的问题
• 6.2 针对分层路由的信道敏感性分布式检测融合算法的推广改进
• 6.2.1 分层路由下信道敏感性最优检测融合算法的推广改进
• 6.2.2 分层路由下Chair-Varshney检测融合算法的推广改进
• 6.2.3 分层路由下最大比合并检测融合算法的推广改进
• 6.2.4 分层路由下等增益合并检测融合算法的推广改进
• 6.3 改进后算法的仿真与分析
• 6.3.1 改进后各算法的仿真
• 6.3.2 改进后各算法比较分析
• 6.4 改进后算法在分层分簇路由协议中的简单应用分析
• 6.5 各分簇路由协议以及无线传感器网络的简单改进分析
• 6.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要研究工作总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间研究成果