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轨道交通无线传感器网络数据聚合技术研究
| 论文题名： | 轨道交通无线传感器网络数据聚合技术研究 |
| 关键词： | 轨道交通;无线传感器网络;数据聚合;冗余问题;能量空洞 |
| 摘要： | 随着高速铁路和物联网技术的迅速发展，无线传感器监测网络对保障轨道交通运营安全具有重要意义。目前，轨道交通无线传感器网络可提供海量实时的传感信息。但仍存在一些亟待解决的问题:(1)无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)中传感器节点采集的原始数据存在大量的数据冗余，传输原始数据消耗大量能量。(2)WSN中存在能量空洞问题，传感器节点能量消耗不均衡。故本文针对能量受限的WSN数据收集过程展开研究，使用数据聚合技术，以达到减少冗余数据、实现能量高效均衡的目的。论文的主要工作包含以下两个方面: (1)本文提出了基于事件的使用主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)和支持向量回归(Support Vector Regression，SVR)的数据聚合算法。该算法通过状态检测判决事件的发生，状态正常时，数据聚合节点对具有相关性的数据进行PCA压缩降维，然后将聚合数据发送到汇聚节点(sink)，sink节点再对数据进行重构。状态异常时，数据聚合节点向sink节点发送紧急消息，并对非相关数据进行SVR预测。在保证预测准确度的条件下，根据预测的准确度调整数据聚合节点向sink节点发送数据的时间间隔。本文进行性能评估，仿真结果表明采用SVR预测的准确度较高，而且，本文提出的基于事件的PCA-SVR数据聚合算法同Adaptive-PCA数据聚合算法相比，减少了数据的传输量，节省了能量消耗。 (2)本文提出了一种基于能量空洞度部署中继节点的数据聚合协议(Energy Hole-Relay Node Deployment，EH-RND)，该协议可以实现WSN的能耗均衡。为了均衡簇内传感器节点的能量消耗，每个簇根据簇头选择因子轮询选择簇头，簇头选择因子与节点剩余能量和节点到下一跳簇中心的距离有关。为了均衡各个簇的能量消耗，本文提出了参数能量空洞度表示能量空洞的程度，根据能量空洞度计算需要部署中继节点的数量，在发生能量空洞的簇中心部署相应数量的高能量中继节点，中继节点发送数据到下一跳中继节点或者sink节点。仿真结果表明本章提出的EH-RND数据聚合协议相较于改进的不等聚类聚合协议(C-EEUC)、基于反馈的聚合协议(FMUC)各个簇的生存时间相近，网络生存时间更长，能更好的实现WSN中能耗均衡，缓解能量空洞问题。 最后本文对提出的轨道交通无线传感器网络数据聚合技术进行了总结，并对未来的工作进行了展望。 |
| 作者： | 张小静 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 吴昊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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