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面向无线传输的数据压缩算法设计
| 论文题名： | 面向无线传输的数据压缩算法设计 |
| 关键词： | 桥梁;健康监测;无线传感器网络;数据压缩算法 |
| 摘要： | 随着嵌入式技术、传感器技术以及无线通信技术的不断发展，具有数据采集、处理以及无线传感器网络技术被广泛应用于当今社会的各个领域。在桥梁健康监测方面，通常在桥体上铺设大量的无线传感器节点，通过采集桥梁结构状态的相关数据来为桥梁在特殊气候、复杂交通环境和桥梁结构状况异常时发布预警信号，为桥梁的管理、养护与维修提供科学的依据。无线传感器网络需要实时的采集并发送大量数据信息，这对整个网络的通信带宽带来很大的压力。另外，无线数据的传输占整个节点能耗的绝大部分，因此要想尽可能延长传感器节点寿命就必须减少数据传输量，而数据压缩就是解决上述问题的有效手段。 本文首先针对桥梁健康监测问题介绍了基于结构健康监测的无线传感器拓扑结构，并且从节点自身能耗和网络带宽受限等多方面论证了采用数据压缩算法的必要性。 其次，针对桥梁振动数据的采集、处理和传输需求，本文设计了基于嵌入式技术的无线传感器前端节点，该节点包含振动数据采集模块、DSP数据处理模块以及无线收发模块。该模块对振动数据的采样精度达到16位，采样速率最高达到250Kbps。 另外，本文提出了一种基于采样数据相关性的压缩算法，该算法能够对振动数据进行无损压缩。要内容包含两部分，分别为数据格式的定义和压缩算法的实现。数据格式采用了可变长度帧格式获得最优压缩效果。压缩算法主要分为三步，分别为计算差值、相邻数据按位异或以及数据分组组合。通过实验仿真表明，该种方法能够有效的对数据进行压缩处理，并且相较于经典的霍夫曼压缩编码以及ZLIB压缩编码具有明显的优势。为了进一步验证该压缩方法的性能，在设计的传感器节点平台上进行实际验证，通过实际平台验证，该算法能够在保证对数据有效压缩的基础上能够实现数据的实时性传输。 |
| 作者： | 张宇 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 关新平;牛波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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