无线传感器网络中空间相关的时间序列检测研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,缩写WSN)是一种基于无线通信技术,成熟的电子工艺水平以及稳定的嵌入式系统发展而来的一种对实际物理环境进行无线感知的技术。近些年来,随着物联网的快速发展和被重视程度不断提高,WSN作为物联网的一种新型的感知环境信息的来源,也不断吸引着越来越多的研究者对其感知能力、低能节耗、传感器协同处理等方面进行研究。本文介绍了几种常见的传统信号检测器,包括协方差检测器、能量检测器,以及汇集前两者优点的增强型协方差检测器,随后介绍了具有空间相关性的MSC检测器和GC检测器,其中GC检测器是在MSC检测器上,由两点联合检测扩展到三点甚至多点的联合检测。在此基础上,本文重点介绍了适用于多节点且既具有时间相关性,又具有空间相关性的信号检测器——新型GLRT检测。新型GLRT检测器分为时域下的GLRT检测器和频域下的GLRT检测器。GLRT检测器,是一种多通道多节点的新型检测器,它将待测区域中的不同位置的传感器节点所获取到的信号时间序列进行变换,得到一个包含了时间性和空间性的样本矩阵,时域下的GLRT检测器和频域下的GLRT检测器分别是在该样本矩阵的基础上进行矩阵运算产生的。而本文的核心,就是在GLRT现有的理论基础上,将时域下GLRT检测器和频域下的GLRT检测器进行实验仿真,并将其应用于二维平面覆盖和三维空间覆盖的理论研究中,通过与其他检测器进行对比,为实际应用中对检测器的选择给出相应的选择依据。信号检测器的研究,对于WSN的实际应用有着重要的意义。传感器网络的核心在于对待测区域中信号源的感知,而检测器的选择,直接影响了整个无线传感器网络系统的性能和效率;那么,如何在保证对待测区域的覆盖大小不变的前提下,尽可能的减少传感器节点的数量,如何利用节点之间的位置关系和信号采集的时间关系,在每个节点感知能力有限的情况下,提高整个检测器节点群的性能,都是关于WSN研究的关键问题。本文正是从解决以上两个问题的角度出发,针对传统检测器、具有空间相关性的检测器以及具有时空相关性的检测器,通过对二维平面覆盖和三维空间覆盖不同条件下的覆盖效果对比,给出了相应的检测器选择方案。
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