面向無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)壓縮算法設計

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1、碩士學位論文MASTERDISSERTATION論文題目面向無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)壓縮算法設計作者姓名張宇學位類別工程碩士指導教師關新平教授2016年5月中圖分類號：TP393.1學校代碼：10216UDC：681.5密級：公開工程碩士學位論文(工程設計)面向無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)壓縮算法設計碩士研究生：張宇導師：關新平教授副導師：牛波高工申請學位：工程碩士工程領域：控制工程所在單位：電氣工程學院答辯日期：2016年5月授予學位單位：燕山大學ADissertationinControlEngineeringDESIGNANDAPPLICATIONOFDATACOMPRESSIONALGORITHM

2、FORWIRELESSDATATRANSMISSIONbyZhangYuSupervisor:ProfessorGuanXinpingYanshanUniversityMay.2016燕山大學碩士學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文《面向無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)壓縮算法設計》，是本人在導師指導下，在燕山大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究工作所取得的成果。論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結果將完全由本人承擔。作者簽字：日期：年月日摘要摘要隨著嵌入式技術、傳感器技術以及無線通

3、信技術的不斷發(fā)展，具有數(shù)據(jù)采集、處理以及無線傳感器網(wǎng)絡技術被廣泛應用于當今社會的各個領域。在橋梁健康監(jiān)測方面，通常在橋體上鋪設大量的無線傳感器節(jié)點，通過采集橋梁結構狀態(tài)的相關數(shù)據(jù)來為橋梁在特殊氣候、復雜交通環(huán)境和橋梁結構狀況異常時發(fā)布預警信號，為橋梁的管理、養(yǎng)護與維修提供科學的依據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡需要實時的采集并發(fā)送大量數(shù)據(jù)信息，這對整個網(wǎng)絡的通信帶寬帶來很大的壓力。另外，無線數(shù)據(jù)的傳輸占整個節(jié)點能耗的絕大部分，因此要想盡可能延長傳感器節(jié)點壽命就必須減少數(shù)據(jù)傳輸量，而數(shù)據(jù)壓縮就是解決上述問題的有效手段。本文首先針對橋梁健康監(jiān)測問題介紹了基于結構健康監(jiān)測的無線傳感器拓撲結構，并且從節(jié)

4、點自身能耗和網(wǎng)絡帶寬受限等多方面論證了采用數(shù)據(jù)壓縮算法的必要性。其次，針對橋梁振動數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸需求，本文設計了基于嵌入式技術的無線傳感器前端節(jié)點，該節(jié)點包含振動數(shù)據(jù)采集模塊、DSP數(shù)據(jù)處理模塊以及無線收發(fā)模塊。該模塊對振動數(shù)據(jù)的采樣精度達到16位，采樣速率最高達到250Kbps。另外，本文提出了一種基于采樣數(shù)據(jù)相關性的壓縮算法，該算法能夠對振動數(shù)據(jù)進行無損壓縮。要內容包含兩部分，分別為數(shù)據(jù)格式的定義和壓縮算法的實現(xiàn)。數(shù)據(jù)格式采用了可變長度幀格式獲得最優(yōu)壓縮效果。壓縮算法主要分為三步，分別為計算差值、相鄰數(shù)據(jù)按位異或以及數(shù)據(jù)分組組合。通過實驗仿真表明，該種方法能夠有效的對數(shù)

5、據(jù)進行壓縮處理，并且相較于經典的霍夫曼壓縮編碼以及ZLIB壓縮編碼具有明顯的優(yōu)勢。為了進一步驗證該壓縮方法的性能，在設計的傳感器節(jié)點平臺上進行實際驗證，通過實際平臺驗證，該算法能夠在保證對數(shù)據(jù)有效壓縮的基礎上能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時性傳輸。關鍵詞：無線通信；傳感器；數(shù)據(jù)壓縮；BF506；帶寬-I-燕山大學工程碩士學位論文AbstractWiththedevelopmentofembeddedtechnology,sensortechnologyandwirelesscommunicationtechnology,dataacquisition,processingandwirelesss

6、ensornetworktechnologyhasbeenwidelyusedinvariousfieldsoftoday'ssociety.Inbridgehealthmonitoring,usuallyinthebridgelayingalargenumberofwirelesssensornodes,andthroughtheacquisitionofbridgestructurestaterelateddatatobridgeinspecialclimate,complextrafficenvironmentandbridgestructureconditionofabno

7、rmalwarningsignals,forbridgemanagementandmaintenanceandmaintenancetoprovideascientificbasis.Wirelesssensornetworksneedtocollectandsendalargenumberofdatainrealtime,whichbringsgreatpressuretothecommunicationbandwidthofthewholenetwork.Inad