無線傳感器網絡的數(shù)據(jù)融合與時鐘同步機制研究.pdf

1、為了保障重大工程結構的安全性、適用性與耐久性等，對己建成使用的許多重大工程結構和基礎設施需采用有效的健康監(jiān)測手段來評定其安全狀況。傳統(tǒng)的結構健康監(jiān)測通常采用有線方式，這種方式線路鋪設工作量大、維護困難、布點不靈活。無線傳感器網絡以其高密度、低功耗、低維修費用、易于安裝、布點靈活等優(yōu)點在健康監(jiān)測中將發(fā)揮重要作用。 目前對于無線傳感器網絡的研究，主要集中在傳感器節(jié)點的路由算法、能量算法、傳感器組網以及傳感器網絡管理等方面，而對于無線

2、傳感器的數(shù)據(jù)融合和時鐘同步等方面還不多，目前提出的算法和系統(tǒng)大多數(shù)都與特定的應用對象相關聯(lián)，存在一定的局限性，需要針對具體的應用背景作進一步的研究。 本文以結構監(jiān)測為應用背景，探討了無線傳感器網絡有關數(shù)據(jù)融合和時鐘同步的相關理論。主要研究內容如下： (1)在分析比較現(xiàn)有無線傳感器網絡數(shù)據(jù)融合算法的基礎上，提出了一種結合路由的基于組播樹的數(shù)據(jù)融合算法。該算法由三個階段構成：組播樹的構造階段、興趣散布階段和數(shù)據(jù)融合階段。算法

3、構造了一棵以匯節(jié)點為根的組播樹，在匯節(jié)點進行興趣散布階段，通過一種基于被動分簇的優(yōu)化定向擴散路由協(xié)議進行路由擴散；數(shù)據(jù)融合階段，借鑒多傳感器中的一致性融合算法，通過重新定義其置信距離避免人為定義閾值而產生的主觀誤差。數(shù)值算例證明此方法可獲得較好的融合結果，同時能耗低，實時性好。 (2)研究了目前無線傳感器網絡時鐘同步采用的算法原理。設計了一種事件觸發(fā)的時鐘精度差同步算法，該算法由時鐘精度差計算和時鐘同步兩個階段組成。先通過比較傳

4、感器節(jié)點在不同時刻記錄的采樣信號序列，采用比較能量差的方法使其能量差最小以獲取最小的同步誤差來調整時間精度，同時結合結構健康監(jiān)測中由于事件發(fā)生頻率較低的特點，進一步采用事件觸發(fā)機制觸發(fā)同步的執(zhí)行。該算法經分析比較具有比其他算法更好的時間精度。 (3)針對結構健康監(jiān)測無線傳感器組網的問題，進行了結構健康監(jiān)測中的無線傳感器網絡系統(tǒng)設計。提出了適合目前結構健康監(jiān)測發(fā)展實際需要的網絡模型，該模型由節(jié)點、簇首和網關三層結構組成，并將利用公