检索结果-南通市图书馆

作者：董鹏琳广西大学

学位级别：硕士

无线体域网(WBAN,Wireless Body Area of Networks)是一个非常有前景的研究方向,通过把智能传感器植入到病人体内或者附着在病人的体表,医生可以有效监控病人身体情况。无线体域网中的传感器一般都具备体积小、功耗低、重量轻和智能化... 详细信息

无线体域网(WBAN,Wireless Body Area of Networks)是一个非常有前景的研究方向,通过把智能传感器植入到病人体内或者附着在病人的体表,医生可以有效监控病人身体情况。无线体域网中的传感器一般都具备体积小、功耗低、重量轻和智能化等特点。体域网中的传感器监控着病人的重要体征数据,甚至可以直接影响和控制给药机制与治疗过程,因此传感器中的数据和控制链路的安全性就非常重要。但由于传感器在处理能力和电池容量上的限制,很多基于加密算法的安全机制无法在体域网的环境中运用。为此,科研人员开始探索基于硬件特性的安全机制,这其中的一个代表就是“物理防克隆函数”(Physical Unclonable Functions,PUF)。本文主要做了如下的工作:1、对无线体域网内的传感器,提出一种基于PUF的安全通信协议,使任何一对传感器都能实现可认证身份的直接安全通信。体域网中每个传感器都具有一个强大的PUF,对每一个输入的激励,PUF都会生成一个响应,不同的传感器对同一个激励的响应是完全不同的。因此,本文设计了一组基于PUF的安全通信协议,该组协议允许体域网中的任意两只传感器可不必经过体域网控制器转发数据而是直接进行安全通信,这样就大大减少了通信延迟与能耗。并且,该协议还适合无线体域网的动态网络拓扑特性。2、提出一种基于PUF的无线体域网传感器群组的可认证安全通信协议,并且对该协议中的轻量级组密钥管理机制进行了通信开销分析。在治疗复杂病症的时候,医生需要参考多个参数来制定治疗方案,因此无线体域网中的某些传感器通常需要组成一个群组来共享测量与决策过程中的数据,如果体域网控制器在每一次传感器的数据传输中都必须完成转发的任务,那么这种方式的可扩展性就非常有限。与此相反,如果体域网中的传感器组可以直接通信,那么一个体域网控制器就可以同时管理多个体域网。为保护体域网中传感器组交换数据的私密性和完整性,本文利用PUF设计一个轻量级机制用于WBAN传感器群组的组密钥管理。经过分析和仿真表明,本文的组密钥管理机制可以大大减少通信开销。同时,本文也对该协议及组密钥管理机制应用于体域网的动态拓扑结构做了分析。3、使用BAN逻辑(Burrows-Abadi-Needham Logic)证明了前述协议的安全性。对这些协议是否能检测出各种类型网络攻击的能力,本文也做了分析。此外,本文使用其他研究组实测的无线传感器安全操作的功耗作为输入数据对安全协议进行了能耗评估。由于本文的安全协议既不需要增添新的硬件去实现也不需要经过基于对称/非对称密钥的加密运算,仅仅使用了带密钥的哈希函数,因此所引起的计算和传输负载都是极为有限的,非常适合在资源紧张的无线体域网中应用。

关键词：无线体域网物理防克隆函数安全协议 BAN逻辑组密钥管理

基于4G网络的海警无线视频监控系统设计与实现

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基于4G网络的海警无线视频监控系统设计与实现

作者：朱羽广西大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”倡议的深入推进,国家越来越重视维护海洋权益和发展海洋经济,急需营造平安、和谐、稳定的海上治安环境。因此,海警部队应运而生,肩负起海上维权执法的职责。由于当前海上违法犯罪活动日趋隐蔽,作案地点分散、偏远,海警... 详细信息

随着“一带一路”倡议的深入推进,国家越来越重视维护海洋权益和发展海洋经济,急需营造平安、和谐、稳定的海上治安环境。因此,海警部队应运而生,肩负起海上维权执法的职责。由于当前海上违法犯罪活动日趋隐蔽,作案地点分散、偏远,海警部门现有的手段和装备难以满足执法取证的需要。因此,建设一套方便、简易、实用的监控系统显得尤为重要。随着移动通信技术特别是4G技术的发展成熟以及手机等移动终端的应用普及,为建设海警无线视频监控系统提供了良好的条件。本文依据某省海警部门的业务需要,依托中国电信4G网络,设计并建成具有可视化指挥调度、远程视频语音通信、实时监控、一体化管理以及图像数据传输、存储、回放等多功能的海警无线视频监控系统。本系统兼具实用性、安全性、可靠性、易操作性、可扩展性,预计能够满足该省海警部门未来5年或更长时间的工作需要。本文的主要工作及创新点如下:首先,本文深入分析当前海警执法取证工作存在的问题和不足,结合海上执法工作形势,有针对性地提出基于4G网络的海警无线视频监控系统的功能需求,明确系统的建设意义和预期目标。从组网方式、应用场景、各功能结构以及设备选型等方面提出满足海警执法需要的设计方案,并说明该方案如何实现系统的各项功能。其次,论述4G通信技术、数据存储技术、视频数据压缩编码及传输技术,特别是L2TP隧道、VPDN、二次AAA认证、安全网闸、IPSEC等安全技术措施在本系统中的应用,在充分保障系统安全的情况下兼顾建设成本、通信质量、传输效率。随后,安装设置Oracle数据库和海康威视i VMS-7800集中监控应用管理平台。在整体完成系统软硬件建设和调试后,给出两个真实案例,进一步说明在海警执法实践中本系统所具有的作用和价值。

关键词： 4G网络海警无线视频监控系统安全 VPDN

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无人机网络频谱感知关键技术研究

无人机网络频谱感知关键技术研究

作者：余琪琦广西大学

学位级别：硕士

随着无线应用对带宽需求的增加,频谱资源变得愈加稀缺,固定的频谱分配策略已不能解决频谱资源短缺问题。认知无线电被认为是一种可以机会式利用许可频谱来克服频谱过度拥挤问题的有效技术。频谱感知作为认知无线电技术最重要的一部分,... 详细信息

随着无线应用对带宽需求的增加,频谱资源变得愈加稀缺,固定的频谱分配策略已不能解决频谱资源短缺问题。认知无线电被认为是一种可以机会式利用许可频谱来克服频谱过度拥挤问题的有效技术。频谱感知作为认知无线电技术最重要的一部分,负责对主用户信号是否存在进行检测。为了解决单节点感知无法可靠地检测到主用户信号问题,提出协作频谱感知方式,通过空间中多个感知节点的观测来检测空置的频谱资源。频谱资源短缺问题在无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)网络中也日益突显。UAV由于其多功能性和灵活性运用在军事、商业应用和救灾等各种场景中,并且越来越多的新型便携式设备与UAV在相同频谱波段上工作,因此,UAV也面临着频谱资源稀缺的问题。协作频谱感知可以通过使用动态频谱访问技术机会性地利用授权或未授权的频段,帮助UAV克服频谱资源稀缺问题。因此,在UAV网络中考虑协作频谱感知问题是非常必要的。本文主要围绕UAV协作频谱感知性能和安全问题做了如下研究:(1)针对UAV数量较多的大型认知UAV网络分布式频谱感知时延问题,提出基于K-means聚类算法的分级分布式协作频谱感知方法,利用UAV网络的移动及协作特性提高频谱感知的精度,利用K-means聚类算法将UAV划分为k个簇,然后根据分簇信息提出两级式分步融合算法,两次采用分布式数据融合方式进行UAV网络中的感知数据融合。所提算法通过减少融合时延从而减少总体感知时间,且获得一致收敛的全局感知结果,实现了全分布式数据融合。与传统分布式数据融合相比,减少了近一半的感知时延,当虚警概率设置在0.01-0.1时,检测概率就可达到0.9以上,提高了认知UAV网络的感知效率。(2)在上述分簇基础上,针对协作感知中存在恶意UAV节点和UAV隐私保护问题,提出一种基于区块链和信誉机制的UAV协作频谱感知方法。运用智能合约构建系统模型,在传输过程中引入非对称加密技术,根据历史信誉值和位置距离建立次级UAV选择函数,确定感知UAV集合,簇头UAV对收集到的感知数据进行融合。感知任务结束后,根据最终判决结果对簇内UAV进行奖惩以及信誉值更新,最后簇头UAV将相关信息打包发布至区块链上。该方法可避免恶意节点,提高频谱感知准确性和安全性,能够有效抵御频谱感知数据篡改攻击。通过分析仿真结果发现,本文所提出的频谱感知方案均能提高认知UAV网络的检测概率,所提方法与传统方法相比,感知性能均有提升。

关键词：无人机网络协作频谱感知 K-means算法分簇区块链

CDMA通信系统中基于智能优化算法的多用户检测技术

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CDMA通信系统中基于智能优化算法的多用户检测技术

作者：陈建玲广西大学

学位级别：硕士

码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)技术是第三代及未来移动通信系统的核心技术,CDMA系统与其他通信系统相比,具有许多重要的优势,但CDMA系统是一种干扰受限的系统,移动通信中存在的多址干扰、多径干扰和“远—近”效应等将... 详细信息

码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)技术是第三代及未来移动通信系统的核心技术,CDMA系统与其他通信系统相比,具有许多重要的优势,但CDMA系统是一种干扰受限的系统,移动通信中存在的多址干扰、多径干扰和“远—近”效应等将会严重影响通信性能使系统容量下降,多用户检测正是为了解决这些问题而提出来的一项关键技术,研究如何获取快速、高效、易于实用化的多用户检测器对于目前及未来的移动通信系统将具有重要的理论与现实意义。最早提出的最优多用户检测算法由于具有指数级的计算复杂度在实际中难以实现,因而,目前研究的都是计算复杂度较低但性能可接近最优检测的次优多用户检测算法,这些算法可分为线性检测与非线性检测两大类。本文主要研究的是非线性检测中基于智能优化算法的多用户检测技术,它是近年来多用户检测算法研究中的一个新的热点。论文的主要工作如下: 1) 介绍和分析现有的多用户检测技术及其相关理论,基于智能优化计算,具体研究了遗传算法(GA)及其在多用户检测中的应用。这种检测方法通过遗传算法模拟生物进化的过程来不断优化目标函数的解,最终得到一个最优解也即检测到的比特值。仿真表明,基于GA的多用户检测器具有较好的抗多址干扰与抗“远—近”效应性,而计算复杂度却大大低于最优检测器,简单易于实现,但算法易发生早熟收敛,影响了检测器性能的进一步

关键词：码分多址(CDMA) 多用户检测(MUD) 遗传算法(GA) 混沌优化算法(COA) 并行混沌遗传混合算法(PCGA)

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无线体域网高效安全任务卸载方案研究

无线体域网高效安全任务卸载方案研究

作者：祝长鸿广西大学

学位级别：硕士

随着世界人口老龄化日益严重,慢性疾病人口数量不断增多,给各地区的医疗服务带来了巨大的压力。诸如高血压、心脏病、糖尿病等慢性疾病患者需要通过及时的医疗监管和服务抑制病情发展,而现有的医疗人力资源很难满足该条件。作为智慧医... 详细信息

随着世界人口老龄化日益严重,慢性疾病人口数量不断增多,给各地区的医疗服务带来了巨大的压力。诸如高血压、心脏病、糖尿病等慢性疾病患者需要通过及时的医疗监管和服务抑制病情发展,而现有的医疗人力资源很难满足该条件。作为智慧医疗领域的典型应用,无线体域网(Wireless Body Area Networks,WBAN)为该问题提供了新的解决方案。WBAN可以通过安装在患者身体表面或者植入身体内部的传感器提取相应的生理数据,并通过中心节点将信息汇聚并发送到医生的监控端,从而达到对患者健康状态的实时监控。但在高速发展的同时,由于设备自身的限制,WBAN也面临着计算资源匮乏的问题,可能导致医疗数据不能及时处理,降低系统的可靠性。同时,由于患者的生理数据具有隐私性,必须要保证传输过程中数据的安全,防止网络中的恶意攻击。本文对这两个WBAN现存的主要问题展开了重点研究,主要工作及创新如下:***计算资源匮乏的问题一般采用移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)解决,但现有的工作大部分仅仅是将任务通过蜂窝网络卸载到移动边缘计算服务器(Mobile Edge Computing Server,MECS),少部分结合了设备到设备(Device to Device,D2D)通信或者Wi Fi网络,没有能够充分利用医疗场景中的通信计算资源。针对这个问题,本文提出了一种联合多种通信计算资源的WBAN任务卸载方案,将总任务卸载成本最小化与MECS负载均衡联立为一个多目标优化问题,并在传统的非支配排序遗传算法二代(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGAII)的基础上设计了一种基于“智能移动设备(Smart Mobile Device,SMD)-患者”连接矩阵(SMD-Patient Connection Matrix,SPCM)的NSGA-SPCM算法用于解决该问题。最后通过实验证明了所提出方案的优越性。2.针对患者数据在SMD网络中易受到内部恶意节点攻击的问题,本文设计了一种WBAN环境中可信SMD节点分配方案。通过将直接信任值、推荐信任值、推荐值的可靠性以及推荐节点与目标节点的熟悉程度相结合得到准确的信任评估模型,并设计了一种改进遗传算法(Genetic Algorithm,GA)得到了每个时隙中最优的节点分配策略。实验结果表明该方案能有效识别出网络中的恶意节点,并提高任务数据传输的可信度。

关键词：无线体域网任务卸载移动边缘计算遗传算法信任管理

综合多特征和相关反馈的ROI图像检索技术研究

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综合多特征和相关反馈的ROI图像检索技术研究

作者：田卉广西大学

学位级别：硕士

计算机技术、多媒体技术及Internet的迅速发展，使得基于内容的图像检索成为多媒体领域最活跃的研究热点之一。本文首先介绍了基于内容的图像检索(CBIR)的背景及意义、国内外研究现状及热点、以及典型CBIR系统;然后简要介绍了基于内容... 详细信息

计算机技术、多媒体技术及Internet的迅速发展，使得基于内容的图像检索成为多媒体领域最活跃的研究热点之一。本文首先介绍了基于内容的图像检索(CBIR)的背景及意义、国内外研究现状及热点、以及典型CBIR系统;然后简要介绍了基于内容的图像检索系统的系统框架、各功能模块及关键技术。本文利用图像处理、模式识别、计算机视觉与数据库技术，针对CBIR所涉及的关键问题展开了研究，主要工作为：●详细分析了颜色、纹理、形状等底层特征提取方法及相似性匹配方法，并对单一底层视觉特征的提取和检索进行了实验分析。●结合当前CBIR的一个研究热点—感兴趣区域(ROI)的检索方法，提出融合ROI的多特征图像检索方法，该算法首先对样例进行四叉树分解，再由用户选择分解后的任意多个感兴趣的子图，提取子图的特征以进行相似性匹配。并给出基于感兴趣区域的颜色矩、共生矩阵和形状不变矩的特征提取方法。●对相关反馈技术进行了深入研究，为进一步捕获用户意图、提高检索性能，提出了融合ROI的区域权重调整相关反馈思想。●提出了综合多特征和相关反馈的ROI图像检索的系统模型，提出ROI的多级CBIR模型和区域权重模型。设计了此系统体系结构和系统流程，并在介绍本系统的检索过程时详述多层次检索及融合ROI的区域权重调整流程。●设计并实现了综合多特征和相关反馈的ROI图像检索系统原型，将ROI和相关反馈引入图像检索系统，减小了底层特征和高层语义之间的语义鸿沟，有效地实现了人机交互，为不同算法的效果验证提供了同一平台。

关键词：基于内容的图像检索(CBIR) 感兴趣区域(ROI) 底层视觉特征特征提取相似性匹配相关反馈多特征区域权重

BDS-3三频周跳探测修复及联合GPS精密单点定位技术研究

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BDS-3三频周跳探测修复及联合GPS精密单点定位技术研究

作者：王靖君广西大学

学位级别：硕士

随着我国导航卫星系统“三步走”战略计划的全面完成,第三代北斗卫星导航系统(Bei Dou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)已正式面向全球服务两年,其不仅拥有高精度的定位、精确可靠的授时和测速等功能,还能为广大用户提供北斗短报... 详细信息

随着我国导航卫星系统“三步走”战略计划的全面完成,第三代北斗卫星导航系统(Bei Dou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)已正式面向全球服务两年,其不仅拥有高精度的定位、精确可靠的授时和测速等功能,还能为广大用户提供北斗短报文通信服务。此外,BDS-3还具备为用户提供了丰富信号(B1I、B1C、B2a、B2b和B3I)的优势。但是,在实际的导航定位过程中,载波相位观测值中的周跳现象会使整周模糊度的解算出现错误,从而影响定位的精度。因此,针对上述问题,本文主要研究了BDS-3三频周跳探测修复技术,提出了一种适用于BDS-3三频周跳探测修复的新方法;同时,针对BDS-3建成初期精密产品未完善的情况,为提供更可靠、更便利的高精度定位服务,本文将BDS-3与全球定位系统(Global Positioning System,GPS)联合进行精密单点定位(Precision Point Positioning,PPP)并进行了观测数据和定位结果的分析。本文的主要工作和创新点如下:(1)BDS-3三频周跳探测与修复。针对BDS-3定位过程中小周跳、不敏感周跳难以探测与修复的现象,在传统三频伪距-相位方法的基础上,提出了一种高效可靠的BDS-3三频周跳探测与修复方法。首先,针对传统伪距-相位组合中伪距噪声过大的问题引入了多普勒观测值进行辅助,增强了小周跳的探测能力,其次,将多普勒辅助伪距-相位组合与无几何相位组合进行联合探测,弥补了周跳探测不敏感的不足。在信号方面,选择B2a代替B2I,与B1I、B3I组成了BDS-3中定位性能更好的北斗三频观测组合,并通过比较选择波长较长、电离层延迟较小、标准差较小的三频系数组合进行周跳的探测。在修复方面,对求解的周跳值取整,并根据1-范数原则确保修复值的准确性。实验结果表明:在1s采样率、电离层延迟稳定情况下,所提方法能探测与修复出所有加入的一般周跳、小周跳和不敏感周跳,验证了多普勒辅助伪距-相位组合与无几何相位组合联合探测修复周跳的可行性。(2)BDS-3/GPS联合三频PPP模型性能研究。本文为提高BDS-3精密单点定位的定位精度与收敛速度,提出了BDS-3+GPS联合三频PPP方案。首先,使用RTKLIB软件从卫星可见性、星下点轨迹、信噪比、多路径效应等方面对BDS-3和GPS的观测数据进行了质量分析;其次,在PPP观测模型的基础上研究了BDS-3+GPS三频数学模型,分析了BDS-3、GPS各自的信号频率之间偏差以及BDS-3与GPS的系统间偏差,并且合理构造了BDS-3+GPS三频无电离层两两组合(IF-1213)、无电离层组合(IF-123)和非差非组合(UC-123)的参数模型,最后使用GAMP软件从静态和动态两个角度对BDS-3+GPS三种PPP模型进行了性能分析。PPP解算结果表明:在加入了GPS联合定位后,对于静态PPP和动态PPP解算的定位精度和收敛速度都有明显的提升:静态方面,东、北、上三个方向平均定位精度分别为2 cm、1.2 cm、3.4 cm,分别提高了28.6%、31.4%、27.9%;平均静态收敛时间分别为22.1 min、16.3 min、27.2 min,分别提升了57.7%、58.8%和57.6%;动态方面,三个方向平均定位精度分别为5.3cm、4 cm、7.1 cm,各自分别提高了27.8%、18.8%、26.9%;三个方向的平均收敛时间分别为32.7 min、25.7 min、37.2 min,分别提升了54.2%、60.2%和53.7%。

关键词：北斗三号精密单点定位周跳探测与修复全球定位系统三频

空天地一体化网络构架中服务功能链的部署策略研究

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空天地一体化网络构架中服务功能链的部署策略研究

作者：熊泽凯广西大学

学位级别：硕士

空天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Network,SAGIN)在扩展地面网络和满足多种新兴应用的多样化业务需求方面具有巨大的潜力。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)和网络功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV)将业务所需的虚拟网络功能(Virtualized Network Function,VNF)节点构建成有序的服务功能链(Service Function Chain,SFC)并映射至物理层网络,实现了SAGIN的灵活部署。但现有的SFC部署策略研究大都只针对资源消耗或时延两者之一进行优化,缺乏针对用户通信模型特征的考虑,且未对具有异构特征的通信和计算资源进行协调与优化,从而导致负载不均衡。针对上述问题,本文首先提出了基于不同通信用户类型的支出成本与时延联合自适应优化的SFC部署策略,实现了资源消耗与时延的联合优化;其次提出SAGIN中基于资源优化的SFC部署策略,实现了通信和计算资源的协调权衡与优化。本文主要工作和创新点如下:1.针对SAGIN拓扑时刻变化、信息交互频繁,难以对其进行直接有效控制的问题,将NFV的思想融入到SAGIN中,提出一种基于SDN控制系统的SAGIN构架,通过在地面核心节点与卫星节点放置SDN控制器,实现对网络的灵活调度与管控,为后续SFC的部署提供架构与策略支持。2.针对SAGIN地面网络中面向用户的SFC部署成本开销过大、时延过长问题,提出根据不同用户类型的资源消耗与时延联合自适应优化的SFC部署策略。考虑用户地理位置与节点缓存内容的相似度,实现低负载系数下节点的共享,并通过节点缓存内容的自适应更新,减少额外节点的配置数量,最后对链路集合进行功耗感知,确定最优虚拟链路的映射方案。实验仿真结果表明,相比于已有方案,所提策略的SFC部署成本降低了约22.3%,部署时延降低了约13.7%,综合部署成功率提高了约13.4%。3.针对SAGIN构架中具有异构特征的通信与计算资源利用不均衡、不充分的问题,提出基于资源优化的SFC部署策略。考虑了通信和计算两方面的资源利用平衡,在有限的异构资源下,对SFC部署所需要消耗的资源成本进行了优化,并提出一种基于资源感知的启发式SFC部署策略来降低计算时间复杂度。仿真结果表明,与传统部署策略相比,所提方法在均衡系统资源利用的同时,业务阻塞概率降低了约7.9%,资源消耗降低了约12.5%。

关键词：空天地一体化网络软件定义网络网络功能虚拟化服务功能链

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基于H.323视频会议系统的研究与实现

基于H.323视频会议系统的研究与实现

作者：黄志广西大学

学位级别：硕士

随着多媒体计算机和通信技术的发展,人们已不满足简单的语音和文字通信,希望集语音、文字和图像于一体的多媒体通信,视频会议系统就是这种新型的通信手段之一。网络和编码技术以及多媒体应用迅猛发展,多媒体数据尤其是视频数据庞大,为... 详细信息

随着多媒体计算机和通信技术的发展,人们已不满足简单的语音和文字通信,希望集语音、文字和图像于一体的多媒体通信,视频会议系统就是这种新型的通信手段之一。网络和编码技术以及多媒体应用迅猛发展,多媒体数据尤其是视频数据庞大,为了满足传输带宽需求,视频信号必须高度压缩,以消除数据间的冗余,实现在低码率下获得高品质的视频画面,这是实现H.323视频会议系统的核心问题。如何改进MCU的视频缓冲池和提升MCU的稳定性,使得MCU可以快速处理更多的视频会议的终端;以及视频画面的捕捉和显示都是影响视频会议质量的关键因素;针对以上问题,并结合目前的发展趋势,开发了基于OpenH323协议栈的视频会议系统。本文主要研究工作有以下几点:1、介绍和研究视频会议系统的实现原理及方法、H.323协议的特性和OpenH323协议栈的总体框架;给出开发视频会议系统的关键技术的主要设计思想和实现方法。2、在源码基础上运用QT作为系统界面开发平台,在VC++6.0开发平台上将H.264编解码器编译生成动态链接库,并嵌入H.323视频会议系统中,从而改善系统的视频图像质量并提升数据压缩和纠错能力,使得高质量的视频流在低带宽的条件下传输成为现实。3、应用基于帧缓冲映射软交换技术改进源码中的MCU,提高其存储转发的能力,从而增加参与视频会议的终端。4、根据DirectX技术优点,将DirectShow应用到视频捕捉当中,减少了视频捕捉时延,使视频图像更加流畅。5、最后完善基于OpenH323开放性源码的视频会议系统ActiveX控件,并给出了系统控件的运行测试效果。

关键词： H.323 OpenH323 H.264 嵌入 DirectShow MCU 软交换 ActiveX

基于网络编码和压缩感知的无线传感器网络节能算法研究

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基于网络编码和压缩感知的无线传感器网络节能算法研究

作者：李亮亮广西大学

学位级别：硕士

节点能量有限已成为制约无线传感器网络性能的主要瓶颈,在保障信息传输质量的前提下,如何充分利用有限的网络资源、减少网络节点能耗、延长网络生命周期等已成为无线传感器网络研究工作中的重点问题。网络编码通过对数据编码后再转发的... 详细信息

节点能量有限已成为制约无线传感器网络性能的主要瓶颈,在保障信息传输质量的前提下,如何充分利用有限的网络资源、减少网络节点能耗、延长网络生命周期等已成为无线传感器网络研究工作中的重点问题。网络编码通过对数据编码后再转发的方式,能够有效提升数据投递率、网络吞吐量及网络能量效率。压缩感知将信号投影到稀疏域,通过部分数据能够以较高概率恢复出原始信息的近似值,从而减少了网络中传输的数据量,节约了网络资源。本文的研究工作以降低网络能耗为目标,从减少冗余传输数据量出发,结合网络编码和压缩感知,对无线传感器网络中传感器节点的节能方式进行深入了研究,主要的工作和创新点如下：1、提出一种基于随机网络编码的无线传感器网络多路径节能算法(RNC-ESMP)。该算法首先综合考虑网络节点剩余能量和节点间通信能耗的路径选择概率,引入条件传输价值比;接着构建从信宿节点到信源节点的反馈机制;最后提出中继节点编码选择方案。实验结果表明,该算法有效减少了传输时延和编码节点数,从而实现节能,而对比其他多路径和网络编码算法,RNC-ESMP能有效降低网络平均能耗约15%-50%,减少数据传输时延约12%-33%,从而提高了网络性能。2、提出一种结合随机网络编码和占空比的无线传感器网络节能算法(NCDES)。该算法提出首先根据接收数据的ID信息决定节点处于工作或睡眠状态,以避免数据重复接收;并通过结合随机网络编码,增加在相同传输次数下传输的数据信息量,从而实现节约网络能耗。并且,本文通过理论计算分析了NCDES算法所构建传输模式下的网络能耗最大值,并验证了多跳网络能耗的最优解。实验结果表明,对比其他联合随机占空比网络编码算法和改进型自适应网络编码算法,NCDES能分别延长网络生命周期4.02%和8.51%,并分别提升包投递率14.83%和4.65%,从而有效提升数据包投递率和网络能量效率。3、提出一种融合压缩感知和网络编码的无线传感器网络节能算法(CS-NCES)。该算法首先运用无线传感器网络数据的时间和空间相关性以及随机网络编码矩阵和压缩感知测量矩阵的相似性,在信源节点对数据进行编码,并应用有限域压缩感知对数据进行压缩,将压缩与编码融为一体,以实现数据的编码-压缩-再编码,从而使得中继节点传输数据量少于原数据量,随之降低网络能耗,而信宿节点通过译码-重构-再译码的方式来提升数据传递率。并且,本文通过对压缩感知和网络编码分别作用于实数域和有限域进行研究分析,构造了改进型多项式确定性矩阵,并对其可行性进行了验证。实验结果表明,CS-NCES对比其他网络编码算法,能有效降低网络能耗25.3%-34.5%,提升数据重构效率1.56%-5.98%,从而提升网络编码在无线传感器网络中的实用性和网络性能。

关键词：无线传感器网络网络编码压缩感知多径传输占空比