傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署問題研究.pdf

1、傳感器網(wǎng)絡(luò)部署是傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的重要內(nèi)容和應(yīng)用的基礎(chǔ)前提。傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署有助于將高端、遠(yuǎn)程智能與傳感器網(wǎng)絡(luò)自身、本地智能相結(jié)合,從而更好地實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的功能和價(jià)值。 論文系統(tǒng)地研究了傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署相關(guān)的一系列重點(diǎn)問題,包括基于集成智能的拓展優(yōu)化部署策略(I2EODS,Integrated Intelligence based ExpandingOptimal Deployment Strategy),機(jī)器人協(xié)

2、同的分級(jí)拓展部署體系結(jié)構(gòu)(HEDA,Hierarchical Expanding Deployment Architecture),以及對(duì)I2EODS、HEDA提供集成智能支撐的關(guān)鍵設(shè)備、技術(shù)和算法等。進(jìn)而在I2EODS指導(dǎo)下,綜合運(yùn)用HEDA、集成智能相關(guān)設(shè)備和技術(shù)等,規(guī)劃、設(shè)計(jì)并實(shí)施了面向領(lǐng)域的傳感器網(wǎng)絡(luò)典型應(yīng)用系統(tǒng)。 論文首先對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前主要研究內(nèi)容進(jìn)行了綜述,給出了傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的一般性定義,分析了其內(nèi)涵；從隨機(jī)部署

3、與確定部署、對(duì)等部署與分級(jí)部署、同類部署與異類部署等多個(gè)角度,結(jié)合各類部署對(duì)象、部署區(qū)域的處理方式,以及部署手段等關(guān)鍵技術(shù)問題,深入分析了傳感器網(wǎng)絡(luò)部署問題的外延。這些工作為傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署的研究提供了必要的基礎(chǔ)。 在對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署相關(guān)因素、交互關(guān)系及問題域分析的基礎(chǔ)上,提出了部署質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)體系。該體系主要包括覆蓋與連通性、生存期、廣義精度和部署效率等幾個(gè)方面。這一綜合評(píng)價(jià)體系為優(yōu)化部署相關(guān)問題的研究和綜合解決方案的設(shè)

4、計(jì)提供了基本目標(biāo)和依據(jù)。 在面向優(yōu)化部署的集成智能和拓展部署概念基礎(chǔ)上,提出了基于集成智能的拓展優(yōu)化部署策略(I2EODS),并給出了該策略的技術(shù)路線。I2EODS及相關(guān)技術(shù)路線為傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署的專題研究和應(yīng)用系統(tǒng)的領(lǐng)域?qū)嵤┨峁┝酥匾改稀?針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人協(xié)同的傳統(tǒng)部署體系結(jié)構(gòu)在適應(yīng)性、可擴(kuò)展性等方面的限制,按照12EODS的思想,從拓展性的角度設(shè)計(jì)了一種全新的分級(jí)拓展部署體系結(jié)構(gòu)(HEDA)。該體系結(jié)構(gòu)包括母

5、機(jī)器人-子機(jī)器人-網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)三個(gè)層次,通過異構(gòu)多機(jī)器人系統(tǒng)開展傳感器網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器人協(xié)同部署以適應(yīng)環(huán)境和條件限制。提出了HEDA架構(gòu)下的工作機(jī)制,并在分析其標(biāo)準(zhǔn)要素的基礎(chǔ)上,制定了圖形化描述方案,為該領(lǐng)域相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。詳細(xì)分析了HEDA的影響因素及約束條件,提出了簡單部署作業(yè)(BDT,Basic Deployment Task)和復(fù)雜部署作業(yè)(CDT,Complex Deployment Task)分類,重點(diǎn)進(jìn)行了簡單部署作業(yè)下距離優(yōu)化

6、(DO,Distance Optimization)問題的系統(tǒng)研究,進(jìn)而通過具有權(quán)重的距離優(yōu)化問題解決了時(shí)間優(yōu)化(TO,Time Optimization)問題和能量優(yōu)化(EO,EnergyOptimization)問題。針對(duì)HEDA下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署作業(yè)問題,建立了基于城市分組的TSP變形(TTSPGC,Transfigured Travelling Salesman Problem under GroupedCities)模型,提出了

7、部署規(guī)劃流程與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署作業(yè)流程以及快速優(yōu)化算法,通過典型范例對(duì)上述模型、流程和算法在Player/Stage/Gazebo環(huán)境下進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究。HEDA具有較好的情境敏感的遞進(jìn)拓展性,可以與傳感器網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人協(xié)同的傳統(tǒng)部署體系結(jié)構(gòu)互相補(bǔ)充,解決更為廣泛的傳感器網(wǎng)絡(luò)部署問題。針對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署等相對(duì)復(fù)雜作業(yè)對(duì)于支撐手段的需求,按照I2EODS的技術(shù)路線,具體開展了集成智能相關(guān)設(shè)備的研發(fā),以及相關(guān)技術(shù)和算法的研究。研發(fā)了面向傳感器

8、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署的智能地標(biāo),以及超高頻RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合控制器?；谏鲜鼍C合控制器和智能地標(biāo),實(shí)現(xiàn)了在傳感器網(wǎng)絡(luò)部署等作業(yè)過程中,機(jī)器人、操作者與環(huán)境智能之間情境敏感的在線信息交互。開展了傳感器網(wǎng)絡(luò)與主動(dòng)視覺協(xié)同優(yōu)化的研究,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了傳感器網(wǎng)絡(luò)-機(jī)器人-主動(dòng)視覺系統(tǒng)。具體研究了基于主動(dòng)視覺的傳感器網(wǎng)絡(luò)感興趣區(qū)域優(yōu)選,以及基于主動(dòng)視覺的面向網(wǎng)絡(luò)部署的數(shù)字地標(biāo)識(shí)別兩方面問題。上述對(duì)于集成智能的相關(guān)研究為I2EODS、HEDA等提供了必要