傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)感知問(wèn)題研究.pdf

1、傳感器網(wǎng)絡(luò)依靠分布于感知場(chǎng)景中的眾多感知節(jié)點(diǎn),通過(guò)數(shù)據(jù)鏈路將感知信息傳送給服務(wù)器,通過(guò)數(shù)據(jù)融合,表達(dá)等手段,服務(wù)于用戶。其在交通管理、安全監(jiān)控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
　　在傳感器網(wǎng)絡(luò)的諸多關(guān)鍵問(wèn)題中,優(yōu)化計(jì)算都扮演著極其重要的角色。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)架設(shè)初期的節(jié)點(diǎn)部署和運(yùn)行階段的目標(biāo)定位,優(yōu)化算法在其中對(duì)于網(wǎng)絡(luò)感知質(zhì)量和求解速度都起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)這兩大問(wèn)題,本文做出了如下幾項(xiàng)旨在提高感知質(zhì)量和優(yōu)化效率的工作:

2、r>　　1.本文首先著眼于視覺(jué)傳感器網(wǎng)絡(luò),以提高對(duì)場(chǎng)景信息獲取能力為目的,設(shè)計(jì)了基于多智能體遺傳算法的節(jié)點(diǎn)布局算法。由于視頻傳感器具有視場(chǎng)有限且易被遮擋的特點(diǎn),隨機(jī)部署的視頻網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)無(wú)法解決上述問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題,我首先分析了視頻傳感器的成像特點(diǎn),建立了各向異性有限觀測(cè)場(chǎng)感知模型。該模型可以定性地描述視頻傳感器的信息感知特性。以此模型為度量標(biāo)準(zhǔn),提出了基于多智能體遺傳計(jì)算(MAGA)的節(jié)點(diǎn)布局算法,優(yōu)化視頻網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署。該方法首先將給定數(shù)

3、目的節(jié)點(diǎn)布局的坐標(biāo)以一定規(guī)則編碼,輸入到MAGA策略中進(jìn)行優(yōu)化,以最優(yōu)化觀測(cè)質(zhì)量分布為目標(biāo),求解數(shù)量一定的視頻節(jié)點(diǎn)的布局。該方法可有效求解出各節(jié)點(diǎn)空間位置及姿態(tài),提高觀測(cè)場(chǎng)覆蓋率,保障區(qū)域信息獲取能力。
　　2.在第一部分工作的基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步提出了基于稀疏表示的高效節(jié)點(diǎn)布局與調(diào)度優(yōu)化算法,并設(shè)計(jì)了基于物理成像過(guò)程的視覺(jué)傳感器感知模型。節(jié)點(diǎn)部署是影響傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵因素。部署問(wèn)題旨在采用最少的視覺(jué)傳感器使整個(gè)觀測(cè)區(qū)域達(dá)到

4、期望的觀測(cè)質(zhì)量。部署問(wèn)題一般被建模為非凸的優(yōu)化問(wèn)題,我們提出了一個(gè)高效的基于稀疏表示的節(jié)點(diǎn)部署凸優(yōu)化算法。同時(shí),我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的視覺(jué)傳感器各向異性感知模型,該模型可提供更為合理的觀測(cè)質(zhì)量度量以使部署結(jié)果更貼近實(shí)際需求。該方法將節(jié)點(diǎn)部署建模為從一個(gè)高度冗余的初始分布中選取最優(yōu)子集的問(wèn)題,即?0優(yōu)化問(wèn)題。進(jìn)而,基于稀疏表示理論,我們將?0的非凸優(yōu)化問(wèn)題松弛為一個(gè)?1最小化的凸優(yōu)化問(wèn)題。因此,節(jié)點(diǎn)部署問(wèn)題可以通過(guò)凸優(yōu)化高效求解。有效保障觀測(cè)

5、質(zhì)量和節(jié)約使用成本。
　　3.隨后,針對(duì)目標(biāo)定位,這一傳感器網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵應(yīng)用,我們提出了基于一類(lèi)特殊線性組合,即凸組合,的快速高精度定位算法。我們分別設(shè)計(jì)了可以處理距離測(cè)量信息和角度測(cè)量信息的定位算法。目標(biāo)定位通常被建模為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題以處理含噪測(cè)量帶來(lái)的影響。然而,由于原始目標(biāo)函數(shù)為非凸函數(shù),致使問(wèn)題很難求解。本文利用線性表示思想建立了目標(biāo)定位的凸目標(biāo)函數(shù)。在該方法中,目標(biāo)的坐標(biāo)被表示為在其周?chē)囊唤M虛靶點(diǎn)的坐標(biāo)的線性組合。該線性