本文選題：水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò) + 壓縮感知　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：海洋蘊(yùn)藏著多種多樣的豐富資源,是人類維持可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)。隨著人類探索和開發(fā)海洋步伐的加快,探索海洋的關(guān)鍵性技術(shù)之一的水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為研究的熱點(diǎn)。由于水下環(huán)境復(fù)雜多變,惡劣的通信環(huán)境決定水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種典型的帶寬和能耗受限的網(wǎng)絡(luò)。壓縮感知理論是一種新型的信息采集理論,其利用原始信號的稀疏性,并通過降維觀測值,即可實(shí)現(xiàn)信號的精確重構(gòu)。壓縮感知理論能夠廣泛的應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的采集、多址接入、多用戶檢測等方面,為設(shè)計(jì)高能耗的傳感器網(wǎng)絡(luò)提供一種新的研究方案。本文主要研究基于壓縮感知的水下傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng),著重研究基于壓縮感知的多用戶檢測技術(shù),并結(jié)合壓縮感知在采集和多用戶檢測的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建高能效的數(shù)據(jù)采集方案。首先,研究零星通信場景下的基于壓縮感知多用戶檢測理論。介紹零星通信場景的概念及應(yīng)用,總結(jié)通用多用戶系統(tǒng)模型,并分析零星通信場景下傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)空域稀疏特性以及壓縮感知理論進(jìn)行節(jié)點(diǎn)活躍狀態(tài)和數(shù)據(jù)檢測理論的可行性及優(yōu)點(diǎn)。本文針對碼分多址CDMA以及交織區(qū)分多址IDMA接入方式下的壓縮感知多用戶檢測技術(shù)進(jìn)行研究。在CDMA多址接入方式下,總結(jié)CDMA多用戶系統(tǒng)模型。重點(diǎn)介紹三個(gè)貪婪匹配追蹤類算法,分別是正交匹配追蹤算法OMP、正交最小二乘算法OLS以及利用原始信號塊稀疏特性的群正交匹配追蹤算法GOMP。通過仿真實(shí)驗(yàn)分析壓縮感知算法與傳統(tǒng)多用戶檢測算法的性能對比,壓縮感知測量矩陣作為擴(kuò)頻碼的性能分析以及三個(gè)貪婪匹配追蹤算法的多用戶檢測性能。在IDMA多址接入方式下,總結(jié)IDMA多用戶系統(tǒng)模型,結(jié)合壓縮感知算法的活躍狀態(tài)和傳統(tǒng)的逐碼片CBC多用戶檢測算法的數(shù)據(jù)檢測的優(yōu)點(diǎn)提出一種CS-CBC算法。仿真分析IDMA多址接入方式的性能以及驗(yàn)證CS-CBC算法優(yōu)良的多用戶檢測性能。最后,針對海洋環(huán)境信息收集傳感器網(wǎng)絡(luò),通過連續(xù)利用傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)在頻域和空域上的稀疏性,提出一種基于雙域壓縮感知的傳感器網(wǎng)絡(luò)高能效數(shù)據(jù)收集方案DCS。其采用隨機(jī)采集方式選擇部分節(jié)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)并傳輸,匯聚節(jié)點(diǎn)利用壓縮感知多用戶檢測算法聯(lián)合檢測節(jié)點(diǎn)活躍狀態(tài)及數(shù)據(jù),然后利用成功接收數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息圖重構(gòu)。DCS數(shù)據(jù)收集方案結(jié)合隨機(jī)采集及壓縮感知多用戶檢測的高能效收集和傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn),仿真分析DCS方案在節(jié)省帶寬和能耗性能上的優(yōu)勢。
[Abstract]:The ocean contains a variety of rich resources, which is an important part of human sustainable development. With the rapid development of ocean exploration, underwater wireless sensor network (WSNs), one of the key technologies in ocean exploration, has become a hot topic. Because the underwater environment is complex and changeable, the poor communication environment determines that the underwater wireless sensor network is a typical network with limited bandwidth and energy consumption. Compression sensing theory is a new kind of information acquisition theory, which utilizes the sparsity of the original signal and realizes the accurate reconstruction of the signal by reducing the dimension observation value. Compression sensing theory can be widely used in sensor network acquisition, multiple access, multi-user detection and other aspects, which provides a new research scheme for the design of high-energy sensor networks. This paper mainly studies the data collection system of underwater sensor networks based on compressed sensing, focusing on the multi-user detection technology based on compressed sensing. Combining the advantages of compression sensing in acquisition and multi-user detection, a high energy efficiency data acquisition scheme is constructed. Firstly, the theory of compressing-aware multi-user detection in sporadic communication scenarios is studied. This paper introduces the concept and application of sporadic communication scene, summarizes the general multiuser system model, The spatial sparsity characteristics of sensor nodes and the feasibility and advantages of compression sensing theory for node active state and data detection theory in sporadic communication scenarios are analyzed. In this paper, the compressed sensing multiuser detection technology based on CDMA CDMA and interleaved differentiated multiple access (IDMA) is studied. Under the CDMA multiple access mode, the CDMA multi-user system model is summarized. This paper mainly introduces three greedy matching tracking algorithms: OMP orthogonal matching tracking algorithm OLS and GOMP-based group orthogonal matching tracing algorithm based on the sparse property of original signal blocks. The performance of compressed sensing algorithm and traditional multi-user detection algorithm is compared by simulation experiments. The performance of compressed sensing measurement matrix as spread spectrum code and the performance of three greedy matching tracking algorithms are analyzed. This paper summarizes the model of IDMA multiuser system under IDMA multiple access mode, and proposes a CS-CBC algorithm combining the active state of compression sensing algorithm and the advantages of traditional CBC multiuser detection algorithm. Simulation analysis of the performance of IDMA multiple access and verification of the performance of CS-CBC algorithm for multiuser detection. Finally, for marine environmental information collection sensor networks, by continuously utilizing the sparsity of sensor node data in frequency domain and spatial domain, a high energy efficiency data collection scheme for sensor networks based on two-domain compression sensing is proposed. It selects some nodes to collect data and transmit them by random acquisition. The convergent node uses compression sensing multi-user detection algorithm to jointly detect the active state and data of nodes. Then, the advantages of DCS scheme in bandwidth saving and energy consumption performance are analyzed by combining the advantages of random collection and compression sensing multi-user detection, high energy efficiency collection and transmission, using successfully received data packets to reconstruct the information graph.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.3;P715.5

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本文編號：1889469