能量受限的傳感器調(diào)度問題研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)與無線通信技術(shù)的發(fā)展，小型、廉價的無線傳感器漸漸進(jìn)入人們的視野。由于無線傳感器能攜帶聲學(xué)、光學(xué)、視頻與無線通信等模塊，且具有感知、處理和收發(fā)數(shù)據(jù)等多種功能，所以當(dāng)它們被大量地分布時，組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以聯(lián)合監(jiān)視、控制某區(qū)域。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在安全防衛(wèi)、控制系統(tǒng)、醫(yī)療等各領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，針對它的研究也越來越受到關(guān)注。
　　通常情況下，傳感器①使用電池或者外界可充電供電。由于昂貴的人工費，環(huán)境與

2、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等因素，傳感器經(jīng)常被要求在無人維護(hù)下正常工作較久的時間。能量問題對傳感器的工作、通訊次數(shù)與布置都造成了很大的限制。為了節(jié)約能量，傳感器通常會按照某種調(diào)度策略，在工作與休眠狀態(tài)之間切換。由于狀態(tài)的切換會中斷傳感器的運(yùn)作，例如感知停止，降低對系統(tǒng)的估計性能等，為了提高能量利用率，許多致力于對傳感器調(diào)度研究的工作已經(jīng)大量開展?；谧罱难芯砍晒?，本文主要探索能量受限傳感器調(diào)度問題，其中主要工作與貢獻(xiàn)包括以下幾個方面:
　　1.概

3、述了無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)及傳感器調(diào)度問題的相關(guān)研究與進(jìn)展。
　　2.研究了可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)事件探測問題。在有限隨機(jī)充入電量約束下，首先針對單傳感器完全信息場景，設(shè)計了一種利用事件發(fā)生信息的最優(yōu)調(diào)度策略，而且證明了它具有簡單的結(jié)構(gòu)。然后在不完全信息場景，提出了一種易于實現(xiàn)的啟發(fā)式算法。最后將結(jié)果推廣到多傳感器場景，設(shè)計了令傳感器相互合作的調(diào)度策略，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的總體探測率。
　　3.考慮了平均發(fā)送能量有限的情況下，優(yōu)化遠(yuǎn)程狀態(tài)

4、估計器估計性能的周期調(diào)度問題。由于無線信道具有隨機(jī)丟包性，在每個時刻傳感器需要決策是否發(fā)送數(shù)據(jù)。通過馬爾科夫鏈，得到了使估計器的平均誤差協(xié)方差最小的最優(yōu)的周期調(diào)度策略，分析了系統(tǒng)參數(shù)、能量約束、丟包率三個因素對估計器穩(wěn)定性的影響。
　　4.假設(shè)傳感器有兩個能量發(fā)送水平，在高能量水平下，數(shù)據(jù)傳送具有相對較高的成功接收率，低能量水平下，具有較低的成功接收率。通過利用遠(yuǎn)程估計器的反饋信息，得到了結(jié)構(gòu)簡單、最優(yōu)的動態(tài)調(diào)度策略，使得估計器的

5、平均誤差協(xié)方差在給定的平均能量限制下達(dá)到最小，而且得到了在最優(yōu)動態(tài)調(diào)度策略下，使估計器穩(wěn)定的充分必要條件。
　　5.考慮了網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中的調(diào)度問題，其中兩個傳感器分別觀測不同的系統(tǒng)，然后將估計值通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到接收端處進(jìn)行深層處理。由于傳感器與中繼節(jié)點的能量有限，它們需要合作地進(jìn)行工作，優(yōu)化全局能量利用率。本文通過將估計問題轉(zhuǎn)化為等價的路由問題，提出了一種協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度策略使得兩個傳感器的估計性能同時得到優(yōu)化。
　　最后，對