基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地理路由和信息融合.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由密集部署在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)微型的傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式自組織構(gòu)成的多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和信息融合技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳輸和信息處理的基礎(chǔ)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有有限的通訊與計(jì)算能力，以及有限的能量資源，這些特點(diǎn)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議設(shè)計(jì)和信息融合算法設(shè)計(jì)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
　　 本文研究了采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的觀點(diǎn)理解和分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)問題；結(jié)合小世界網(wǎng)絡(luò)模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一致性問題

2、，探討了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地理路由協(xié)議和分布式信息融合算法的設(shè)計(jì)與優(yōu)化問題。主要工作歸納如下：
　　 1.基于小世界網(wǎng)絡(luò)模型的地理路由算法
　　 路由“空洞”問題是影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)地理路由協(xié)議性能的主要因素。本文根據(jù)小世界網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航性，構(gòu)造基于小世界拓?fù)湟庾R(shí)的地理路由算法。該算法首先定義“拓?fù)湟庾R(shí)”的概念，以包含非鄰居節(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔?；然后根?jù)拓?fù)湟庾R(shí)，構(gòu)造出具有小世界特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)；最后利用小世界網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)航性引導(dǎo)信息傳輸，

3、避開網(wǎng)絡(luò)中的“空洞”區(qū)域。拓?fù)湟庾R(shí)是本文算法的核心，在分析有效拓?fù)湟庾R(shí)具有的結(jié)構(gòu)特征后，本文建立小世界拓?fù)湟庾R(shí)生成方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的路由算法在網(wǎng)絡(luò)中存在障礙物的環(huán)境中能獲得較高的數(shù)據(jù)包成功傳輸率和經(jīng)歷較短的路徑長(zhǎng)度；因此減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力和生存能力。
　　 2.基于一致性算法的分布式估計(jì)融合技術(shù)
　　 基于一致性算法的估計(jì)融合需要經(jīng)過多次的信息交換才能獲

4、得接近集中式算法的全局一致的參數(shù)估計(jì)值，而多次的信息交換不僅增加了傳感器節(jié)點(diǎn)信息傳輸?shù)哪芰肯?，并且增加了算法收斂的延時(shí)。本文將信號(hào)處理技術(shù)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)一致性算法相結(jié)合，應(yīng)用了狀態(tài)預(yù)測(cè)器和自適應(yīng)濾波器加快算法，以改進(jìn)基于一致性算法的分布式估計(jì)融合的收斂性能。前者通過應(yīng)用節(jié)點(diǎn)即時(shí)估計(jì)的預(yù)測(cè)值，使得節(jié)點(diǎn)可以跳過收斂過程中的“冗余”狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)快速的收斂性能；而后者則通過對(duì)算法中加權(quán)矩陣的自適應(yīng)更新獲得算法性能的改進(jìn)。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的算

5、法不僅能夠顯著加快節(jié)點(diǎn)估計(jì)的一致收斂速度，同時(shí)還能減小算法收斂過程中的即時(shí)估計(jì)誤差。
　　 3.基于一致性算法的分布式跟蹤系統(tǒng)
　　 文中針對(duì)線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤問題，分別討論了基于一致性算法的分布式Kalman濾波器和分布式Sigma點(diǎn)Kalman濾波器的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化問題。其設(shè)計(jì)思想是通過將一致性算法與經(jīng)典狀態(tài)跟蹤算法相結(jié)合，提高網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)狀態(tài)估計(jì)的一致性，進(jìn)而提高分布式系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)性能。對(duì)于非