三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)分辨率數(shù)據(jù)重構(gòu)研究.pdf

1、海洋是維持人類生存和社會進(jìn)步的重要基地，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們迫切需要開發(fā)和利用海洋資源。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其部署靈活、成本低廉、覆蓋廣泛等優(yōu)勢成為人類認(rèn)識和開發(fā)海洋資源的重要手段。由于水下電磁波衰減過快，因此一般采用聲波進(jìn)行通信。但惡劣的水下環(huán)境，節(jié)點通信、能耗等問題都限制了水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。壓縮感知理論利用信號的稀疏性，用少量的采樣值實現(xiàn)信號的精確重構(gòu)，因此自提出以來就獲得了廣泛關(guān)注。在水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用壓

2、縮感知理論可以顯著降低數(shù)據(jù)收集數(shù)量，降低數(shù)據(jù)傳輸對節(jié)點能量和通信帶寬的要求，從而延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。本文主要研究基于壓縮感知的三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。著重研究自適應(yīng)分辨率數(shù)據(jù)重構(gòu)以及能量高效的路由設(shè)計，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)生存時間和目標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量的折中。
　　首先，研究基于壓縮感知的數(shù)據(jù)自適應(yīng)分辨率重構(gòu)方法。為了解決水聲信道不穩(wěn)定性造成的匯聚節(jié)點接收的數(shù)據(jù)包數(shù)量不足時重構(gòu)誤差大幅增加的問題，提出在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)降低重構(gòu)數(shù)據(jù)的分辨率的解決方

3、案。降低重構(gòu)分辨率可以同時降低數(shù)據(jù)的稀疏度，進(jìn)而達(dá)到減少重構(gòu)誤差的目的。提出分辨率調(diào)整的機制以及基于誤差和分辨率的重構(gòu)數(shù)據(jù)質(zhì)量評價指標(biāo)，根據(jù)該評價指標(biāo)設(shè)計自適應(yīng)分辨率調(diào)整方案，對于既定觀測值，自適應(yīng)地調(diào)整分辨率以獲得質(zhì)量最好的重構(gòu)數(shù)據(jù)。
　　作為水聲網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)，水聲信道以其復(fù)雜性成為一個研究熱點。本文對水聲信道的能耗特點加以研究。介紹水聲信道的衰減、噪聲、帶寬等特性，設(shè)計傳輸能耗模型。根據(jù)能耗模型分析能量效率最高的最優(yōu)傳輸頻率

4、和傳輸距離。
　　其次，設(shè)計能量高效的三維水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。介紹了三種現(xiàn)有的三維路由算法，分別是分層路由VAPR、樹狀路由3DIAIR和分簇路由New LEACH。并結(jié)合樹狀路由和分簇路由的優(yōu)勢，提出Hybrid LEACH算法，并以延長網(wǎng)絡(luò)生存周期為導(dǎo)向，分析算法的參數(shù)設(shè)置。同時設(shè)計基于壓縮感知的與路由算法相適應(yīng)的觀測矩陣構(gòu)造方法和基于子網(wǎng)絡(luò)劃分的重構(gòu)方法。
　　最后，結(jié)合路由協(xié)議與數(shù)據(jù)自適應(yīng)分辨率重構(gòu)方法，設(shè)計基于