无线传感器网络子带能量自适应数据压缩方法-论文.pdf

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1、第35卷第9期仪器仪表学报V0I．35No．92014年9月ChineseJournalofScientificInstrumentSep．2014无线传感器网络子带能量自适应数据压缩方法黄庆卿，汤宝平，邓蕾，肖鑫(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030)摘要：无线传感器网络应用于机械振动监测需要高效率的数据压缩方法，针对这个需求提出一种子带能量自适应数据压缩(SEADC)方法。首先利用离散余弦变换(DCT)的能量聚集特性，对原始数据进行分块DCT变换，使频谱中DCT系数的能量集中在少量子带中；然后依据各个子带的能量大小自适应分配量化位数，对DC

2、T系数进行均匀量化，降低量化造成的信号失真；最后，为进一步提高数据压缩比，利用线性预测和零游程编码降低数据冗余，采用Range编码完成数据熵编码。实验结果表明，该方法能在资源受限的无线传感器网络节点上有效实现机械振动信号的压缩。关键词：机械振动监测；无线传感器网络；机械振动信号；数据压缩中图分类号：TP393．1TH165．3文献标识码：A国家标准学科分类代码：510．40SubbandenergyadaptivedatacompressionmethodforwirelesssensornetworksHuangQingqing，TangBaoping

3、，DengLei，XiaoXin(StateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Abstract：Whenwirelesssensornetworkisusedinmachinevibrationmonitoring，highefficiencydatacompressionmethodisrequired．Aimingatthisrequirement，asubbandenergyadaptivedatacompression(S

4、EADC)methodisproposed．Firstly，theenergyaggregationcharacteristicofdiscretecosinetransform(DCT)isutilizedtoperformblocktransformoforiginaldataandconcentratetheenergyofDCTcoeficientsintoasmallnumberofsubbands．Thenthenumberofbitsofquantizationforeachsuhbandisadaptivelydeterminedacco

5、rd—ingtotheamountofenergyofthesubband，andtheDCTcoeficientsareuniformlyquantized，whichreducesthesignaldistortioncausedbyquantization．Finally，tofurtherimprovethedatacompressionratio，thelinearpredictionandzero—run-lengthcodingareusedtore—ducethedataredundancy，andtheRangeencodingisem

6、ployedtoachievedataentropycoding．Experimentresultsshowthatthepro·posedmethodcanefectivelycompressmachinevibrationsignalsinresourceconstrainedwirelesssensornetworknodes．Keywords：machinevibrationmonitoring；wirelesssensornetworks(WSNs)；machinevibrationsignal；datacompression低存储与传输的数据

7、量。1引言不同类型的数据各自特性不同，导致压缩方法取得的效果存在差异。机械振动信号相邻数据问变化较大，一些无线传感器网络(wirelesssensornetworks，WSNs)具基于时域统计或预测的数据压缩方法并不适合机械振有自组织、易扩展和部署灵活等特点，可弥补传统有线机动信号压缩。针对机械健康远程监测的需求，Chan等人J械设备监测系统在某些应用中的不足，如密封或旋转环提出结合经验模式分解和差分脉冲编码调制的数据压缩境中装备传动件的振动监测。振动信号采集需要较方法。Guo等人提出利用优化集合经验模式分解提取高的采样频率J，采集数据量大，而传感器网络

8、节点的信敏感固有模式函数再进行压缩的方法，但对资源受限的无道带宽和存储能力十分有