無線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件監(jiān)測與環(huán)境感知算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點越來越廣泛地被應(yīng)用到諸多領(lǐng)域。事件監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一類熱門的應(yīng)用，得到了長期的關(guān)注和研究，且仍然存在不少問題。針對現(xiàn)存的問題，本文研究了新的事件監(jiān)測算法。
　　在事件監(jiān)測應(yīng)用中，當無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布區(qū)域內(nèi)有事件發(fā)生時，會產(chǎn)生相應(yīng)的信號，這些信號經(jīng)過環(huán)境衰減到達周邊傳感器節(jié)點，傳感器節(jié)點測量衰減后的信號強度。傳感器網(wǎng)絡(luò)基于所有節(jié)點收到的信號強度(RSS)估計事件發(fā)生的位置

2、和大小。信號的傳播受環(huán)境影響，因此環(huán)境是不可忽略的因素，我們有必要對環(huán)境進行估計，以使得事件監(jiān)測更加準確。
　　在許多情況下，被監(jiān)測的區(qū)域是大面積的，需要布置大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。如果使用集中式的網(wǎng)絡(luò)拓撲，信號需要經(jīng)過多跳到達中心節(jié)點，容易造成擁堵和丟包，而且一旦中心節(jié)點出現(xiàn)故障無法正常工作時，整個網(wǎng)絡(luò)將無法運行。分布式網(wǎng)絡(luò)可以解決這些問題，通過鄰居之間的信息共享與協(xié)作，共同完成監(jiān)測任務(wù)，具有通信負載均衡和系統(tǒng)魯棒的特點。因此研究

3、分布式算法具有現(xiàn)實意義。
　　本文的研究工作主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)建立問題模型。其中考慮了環(huán)境因素影響，引入環(huán)境參數(shù)。相比于以往許多算法中假設(shè)事件數(shù)量已知，我們研究的是事件數(shù)量未知的情況。通過挖掘事件數(shù)量相對于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模通常稀疏的特點，建立l1范數(shù)規(guī)范化的最小二乘模型，可以自動估計事件的數(shù)量及位置和大小。在此模型中，環(huán)境參數(shù)也是需要估計的優(yōu)化變量。
　　(2)設(shè)計集中式算法。針對l1范數(shù)規(guī)范化的最小二乘問題，使用

4、交替方向法求解得到集中式算法。
　　(3)設(shè)計分布式算法。我們使用交替方向乘子法(ADMM)求解問題模型，開發(fā)出無中心分布式的事件監(jiān)測和環(huán)境感知算法。利用問題的結(jié)構(gòu)，該分布式算法在每個節(jié)點的迭代分為三步:事件監(jiān)測步，求解凸優(yōu)化問題;環(huán)境參數(shù)估計步，求解一維的非凸優(yōu)化問題;乘子更新步，僅需代數(shù)運算。為了使算法更高效，我們開發(fā)了啟發(fā)式的加速算法。
　　(4)仿真和實驗。通過仿真，我們驗證了集中式算法和分布式算法的有效性，比較算法