面向多目标追踪的无线传感器网络协同任务分配研究

在基于动态联盟机制的无线传感器网络协同任务分配研究中,为了解决多目标追踪带来的联盟间的资源竞争问题,本文采用分布式约束满足算法解决多动态联盟间的协同问题.根据无线传感器网络多目标追踪的应用需求,建立了基于动态联盟机制的协同任务分配的分布式约束满足模型,并采用分布式随机算法求解满足约束条件的动态联盟集合,实现多动态联盟间的协同.仿真结果表明,分布式约束满足算法有效地解决了多目标追踪中多个动态联盟间的资源竞争问题,能够有效降低系统的能量消耗。

基于图论的无线传感器网络拓扑控制方法研究

传感器技术、通信技术和计算机技术的飞速发展，孕育了具有现代意义的无线传感器网络，带来了一项新的信息革命。无线传感器网络的出现改变了人与自然的交互方式，其应用领域已经深入到了社会生活的各个方面。 无线传感器网络是一种测控网络，网络设计一般侧重网络的节能性、生命周期的延长、网络的扩展性等方面。对于网络拓扑控制来说，由于网络中节点数量众多、能力有限，网络的拓扑结构相当复杂，同时节点易失效也导致了网络拓扑结构的频繁变化，所以拓扑控制是无线传感器网络中重要的研究问题。本文基于图论中的理论知识，对无线传感器网络中的拓扑控制进行了研究，主要内容和研究成果包括以下几个方面。  论述了无线传感器网络拓扑控制问题研究的基本内容、分类、评价指标，并且指出了前人研究的成果的不足之处。  为了对无线传感器网络中节点进行功率控制，以单位圆盘图为模型构造了一个几何支撑图结构。此支撑图满足连通性、平面性、t-支撑图以及稀疏性，并且构造此支撑图的通信开销相对于其它支撑图构造算法大大降低。  针对无线传感器网络中没有基础结构的特点，利用连通支配集理论构造了无线传感器网络的虚拟骨干结构，从而把无线传感器网络映射成一个层次型的骨干结构。  基于修剪策略提出了一种极小连通支配集构造算法。算法又分为集中式和分布式两个版本。集中式算法中不仅考虑了节点的度、节点id，还综合考虑了节点的剩余能量，从而平衡了网络中节点的能量消耗，延长了算法的稳定运行时间，减少了拓扑结构重构的频率，有利于延长网络的生存时间。分布式算法中，节点根据两条邻居信息，采用了一种本地化的启发式搜索策略，从而降低了整个算法的信息复杂度。此外，这种基于修剪策略的构造算法实现方法非常简单，且够在算法运行的任何时刻得到一个可行的解。  基于极大独立集技术提出了一种启发式的极小连通支配集构造算法。在求解极大独立集过程中只需要根据节点和一跳邻居节点之间的信息确定极大独立集，在求解连通集时，根据独立节点的性质采用了本地化的启发式算法，从而提高了算法的性能，构造算法的信息复杂度也相对较低。仿真结果表明，构造算法在整个过程中所需要的通信开销大大降低，从而节省了节点的能量，有利于延长网络的生存时间。  根据无线传感器网络中节点易失效的特点，提出了一个容错的虚拟骨干构造算法。算法基于极大独立集构造方法，首先构造一个连通支配集，然后基于本地化信息得到一个支配度为k的冗余连通支配集，最后再使用协商和贪心策略使得连通支配集的连通度为m，从而得到一个m-连通k-支配集。仿真结果表明算法信息复杂度低，构造算法所需要的数据通信量降低。 本文基于图论知识，针对无线传感器网络的特点，对无线传感器网络的拓扑结构控制方法进行了研究，各项研究成果可以为无线传感器网络设计者提供一些有益的指导。

基于动态联盟机制的无线传感器网络任务分配问题研究

微机电系统、先进传感器、无线通信及现代网络等技术的进步，推动了无线传感器网络的产生和发展。集数据采集、处理、无线传输等功能于一体的无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起，将改变人类与物理世界的交互方式。 任务分配就是在无线传感器节点协同过程中，确定由哪些节点来完成特定的任务。针对不同的应用领域，需要不同的任务分配方案与之适应，才能得到最佳的资源利用率和检测性能。无线传感器网络是一种分布式网络，需要多个节点协同执行检测任务，因此任务分配问题既是无线传感器网络的基本问题，也是无线传感器网络应用的基础。动态联盟机制是一种事件触发的任务分配机制，对动态环境的适应性相对较好，适用于动态性要求相对较高的目标追踪等无线传感器网络应用领域。 本文针对基于动态联盟机制的无线传感器网络的任务分配问题展开研究。论文的主要工作如下： 综合论述了无线传感器网络的任务分配问题的研究内容、特性和研究现状等。 针对节点能量和能力严格受限的问题，提出了一种基于拍卖的动态联盟组建机制。首先，将拍卖方法引入了动态联盟的组建过程，简化了动态联盟的组建，提高了动态联盟的结盟成功率，在更加有效地利用网络能量资源的同时提升了网络性能。而后，在选择拍卖标的时，综合考虑了节点剩余能量和通信能量消耗，提升了无线传感器网络的生命周期。 针对动态联盟的组织维护和能量均衡性问题，提出了一种基于协商的动态联盟成员更新机制。当动态联盟的成员能量消耗达到一定程度时，采用基于协商的机制对动态联盟成员进行更新，以增强系统能量消耗的均衡性，从而延长网络的生命周期。 针对任务影响区域不断变化的问题，给出了一种基于资源预留的动态联盟检测区域更新机制，以适应对动态联盟的动态性的要求。首先加入了联盟覆盖范围和休眠盟员的概念，以消除针对同一任务的检测传感器节点的冗余，进一步降低网络执行任务期间的能量消耗。而后又加入动态联盟的更新机制，以消除联盟衔接期间网络对任务的暂时“失明”，保证动态联盟执行任务时的连续性，从而在一定程度上保证网络的检测性能。 针对多动态联盟间的协同问题，提出了基于分布式约束满足的多联盟协同机制。根据多个目标经过无线传感器网络监控区域时的任务分配需求，提出了一种基于分布式约束满足的多动态联盟协同机制，建立了基于动态联盟机制的任务分配问题的分布式约束满足模型，采用分布式随机算法进行求解，可以针对未知数量的目标追踪进行分布式的动态协同任务分配，有效解决了动态联盟间的协同问题，从而降低网络的能量消耗，节省网络资源。 总之，论文对基于动态联盟机制的无线传感器网络任务分配问题进行了研究和探讨，旨在对无线传感器网络的应用起到一定的推动作用。