軌道交通無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)聚合技術(shù)研究.pdf

1、隨著高速鐵路和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)保障軌道交通運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義。目前，軌道交通無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可提供海量實(shí)時(shí)的傳感信息。但仍存在一些亟待解決的問(wèn)題:(1)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)中傳感器節(jié)點(diǎn)采集的原始數(shù)據(jù)存在大量的數(shù)據(jù)冗余，傳輸原始數(shù)據(jù)消耗大量能量。(2)WSN中存在能量空洞問(wèn)題，傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡。故本文針對(duì)能量受限的WSN數(shù)據(jù)收集過(guò)程展開(kāi)研究，使用數(shù)據(jù)聚合

2、技術(shù)，以達(dá)到減少冗余數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)能量高效均衡的目的。論文的主要工作包含以下兩個(gè)方面:
　　(1)本文提出了基于事件的使用主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)和支持向量回歸(Support Vector Regression，SVR)的數(shù)據(jù)聚合算法。該算法通過(guò)狀態(tài)檢測(cè)判決事件的發(fā)生，狀態(tài)正常時(shí)，數(shù)據(jù)聚合節(jié)點(diǎn)對(duì)具有相關(guān)性的數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA壓縮降維，然后將聚合數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)(sink)，sink

3、節(jié)點(diǎn)再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。狀態(tài)異常時(shí)，數(shù)據(jù)聚合節(jié)點(diǎn)向sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送緊急消息，并對(duì)非相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行SVR預(yù)測(cè)。在保證預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的條件下，根據(jù)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度調(diào)整數(shù)據(jù)聚合節(jié)點(diǎn)向sink節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。本文進(jìn)行性能評(píng)估，仿真結(jié)果表明采用SVR預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度較高，而且，本文提出的基于事件的PCA-SVR數(shù)據(jù)聚合算法同Adaptive-PCA數(shù)據(jù)聚合算法相比，減少了數(shù)據(jù)的傳輸量，節(jié)省了能量消耗。
　　(2)本文提出了一種基于能量空洞度部署中繼

4、節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)聚合協(xié)議(Energy Hole-Relay Node Deployment，EH-RND)，該協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)WSN的能耗均衡。為了均衡簇內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，每個(gè)簇根據(jù)簇頭選擇因子輪詢選擇簇頭，簇頭選擇因子與節(jié)點(diǎn)剩余能量和節(jié)點(diǎn)到下一跳簇中心的距離有關(guān)。為了均衡各個(gè)簇的能量消耗，本文提出了參數(shù)能量空洞度表示能量空洞的程度，根據(jù)能量空洞度計(jì)算需要部署中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，在發(fā)生能量空洞的簇中心部署相應(yīng)數(shù)量的高能量中繼節(jié)點(diǎn)，中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送