无线传感器网络在结构工程监测中的数据融合问题研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量部署在监测区域内的传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统,从而协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内的监测信息,并发送给数据处理终端。无线传感器网络具有布线成本低、监测精度高、容错性好、可远程监控、便于诊断与维护等诸多优点,因而已在目标跟踪、目标自动识别等领域得到了广泛的应用,并且在结构工程的健康监测、损伤定位等运用领域中有着广阔的前景。本文在介绍了无线传感器网络的基础上,着重分析和研究了现有的无线传感器网络中的常用路由协议所采用的数据融合算法,并针对探测区域内多个汇节点的无线传感器网络存在的基于区域重叠,数据共享考虑的数据融合问题展开讨论,提出的基于时间同步的多汇节点数据融合路由机制(MSDAR)。主要的研究和工作包括以下几个方面:(1)对无线传感器网络中现有的数据融合机制进行分类总结,在研究与路由相结合的数据融合机制中,详细分析、比较了定向扩散(Directed Diffusion)、LEACH、PEGASIS路由算法中的数据融合算法;(2)在对桥隧群结构工程监测系统进行系统分析之后,结合该系统节省整个网络的能量、增强所收集数据的准确性及提高收集数据效率的需求,详细分析了一种简单易行的基于时间同步的数据融合算法,阐述其汇节点目标域内数据融合的步骤;(3)针对多个汇节点的无线传感器网络中存在区域重叠、数据共享的数据融合问题展开讨论,对单个汇节点的数据融合算法进行优化改进,提出多汇节点平面路由数据融合机制(MSDAR);(4)使用仿真软件NS(Network Simulator)对MSDAR算法分别从网络节点密度、时间间隔对功耗和延时的影响等多方面进行了分析仿真。根据与两种典型的路由协议DD和PEGASIS分析比较得出结论:该算法在单汇节点情况下比DD和PEGASIS略胜一筹,然而在多汇节点监测区域相互重叠的情况下表现出更强的低功耗性能,且生命周期明显延长。
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