面向任務(wù)的感知網(wǎng)自適應(yīng)管理技術(shù)研究.pdf

1、無線感知網(wǎng)(WirelessSensorNetworks)具有良好的靈活性、健壯性和智能性，在環(huán)境監(jiān)測、國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、反恐安全等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比，感知網(wǎng)具有與物理世界緊密耦合、節(jié)點(diǎn)資源受限、大規(guī)模密集部署以及網(wǎng)絡(luò)高度動態(tài)等特征，為了協(xié)調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，正確高效地利用資源完成用戶遞交的感知任務(wù)，必須對感知網(wǎng)進(jìn)行有效的管理。 本文以戰(zhàn)場監(jiān)測系統(tǒng)為應(yīng)用背景，結(jié)合國家自然科學(xué)基金“感知任務(wù)適應(yīng)性分配策略與實(shí)現(xiàn)機(jī)

2、制研究”，深入研究了感知網(wǎng)管理技術(shù)，具體研究內(nèi)容及其成果如下： ●提出了集成化的感知網(wǎng)管理框架?，F(xiàn)有的感知網(wǎng)管理體系，如巴西MinasGerais聯(lián)邦大學(xué)提出的MANNA體系，多是對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理的擴(kuò)展。由于感知網(wǎng)具有應(yīng)用定制性，感知網(wǎng)管理不僅包括傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能，而且已上升到系統(tǒng)管理的層次。本文利用反饋控制實(shí)施感知系統(tǒng)管理，并采用基于策略的管理方式將系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)管理有機(jī)集成，有效提高了感知網(wǎng)的整體性能。 ●針對戰(zhàn)場監(jiān)

3、測系統(tǒng)等大規(guī)模異構(gòu)層次型感知網(wǎng)，提出了Macro-micro管理體系結(jié)構(gòu)。其中，Macro-manager負(fù)責(zé)高層決策，決定如何有效利用剩余感知資源完成任務(wù)目標(biāo)，并將管理策略分發(fā)到大量分布的Micro-manager，而Micro-manager則調(diào)度傳感器節(jié)點(diǎn)以最佳方式執(zhí)行所分配的任務(wù)，從而降低了管理的復(fù)雜性，減少了管理通信開銷。 ●自組織是感知網(wǎng)自管理的重要內(nèi)容，本文研究了感知網(wǎng)自組織的聚類問題。對于大規(guī)模密集部署的感知網(wǎng)系

4、統(tǒng)，可將節(jié)點(diǎn)聚類成簇，由簇頭節(jié)點(diǎn)承擔(dān)Micro-manager，以有效管理簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)。對于異構(gòu)感知網(wǎng)，從能源有效性的角度計(jì)算了最優(yōu)的分簇?cái)?shù)量，并改進(jìn)了基于Voronoi圖的聚類算法，通過限制廣播消息的擴(kuò)散范圍，達(dá)到了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量的目標(biāo)。對于同構(gòu)感知網(wǎng)，提出了基于極大獨(dú)立集的單跳分簇算法，同時(shí)采用最小代價(jià)原則構(gòu)建連接簇頭節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)的通信主干，以實(shí)現(xiàn)Manager之間管理信息的交換。 ●感知網(wǎng)管理的目的是有效利用資源完成用戶提交的

5、感知任務(wù)，因此本文對感知網(wǎng)的任務(wù)分配問題進(jìn)行了深入研究。由于傳感器節(jié)點(diǎn)能源有限，而能源主要用于通信，為了減少通信開銷，提出由處于通信樞紐的節(jié)點(diǎn)來承擔(dān)節(jié)能處理任務(wù)的方案。 ●選擇通信樞紐的最優(yōu)方案是典型的NP-C問題。由于感知網(wǎng)存在固定任務(wù)和可變?nèi)蝿?wù)，本文將固定任務(wù)的分配問題建模為二次0-1規(guī)劃，并提出了逐層分配優(yōu)化的分布式算法。將可變?nèi)蝿?wù)的最優(yōu)分配建模為網(wǎng)絡(luò)中的Steiner樹問題，并提出了D-SPH(DistributedSh