基于復雜網(wǎng)絡理論的無線傳感器網(wǎng)絡地理路由和信息融合.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由密集部署在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)大量廉價微型的傳感器節(jié)點通過無線通信方式自組織構(gòu)成的多跳的網(wǎng)絡系統(tǒng)。其中，網(wǎng)絡路由協(xié)議和信息融合技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)信息傳輸和信息處理的基礎。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點具有有限的通訊與計算能力，以及有限的能量資源，這些特點為無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議設計和信息融合算法設計帶來嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　 本文研究了采用復雜網(wǎng)絡的觀點理解和分析無線傳感器網(wǎng)絡的相關(guān)問題；結(jié)合小世界網(wǎng)絡模型和復雜網(wǎng)絡的一致性問題

2、，探討了無線傳感器網(wǎng)絡地理路由協(xié)議和分布式信息融合算法的設計與優(yōu)化問題。主要工作歸納如下：
　　 1.基于小世界網(wǎng)絡模型的地理路由算法
　　 路由“空洞”問題是影響無線傳感器網(wǎng)絡地理路由協(xié)議性能的主要因素。本文根據(jù)小世界網(wǎng)絡的導航性，構(gòu)造基于小世界拓撲意識的地理路由算法。該算法首先定義“拓撲意識”的概念，以包含非鄰居節(jié)點的拓撲信息；然后根據(jù)拓撲意識，構(gòu)造出具有小世界特性的邏輯網(wǎng)絡；最后利用小世界網(wǎng)絡的導航性引導信息傳輸，

3、避開網(wǎng)絡中的“空洞”區(qū)域。拓撲意識是本文算法的核心，在分析有效拓撲意識具有的結(jié)構(gòu)特征后，本文建立小世界拓撲意識生成方法。仿真實驗表明，本文提出的路由算法在網(wǎng)絡中存在障礙物的環(huán)境中能獲得較高的數(shù)據(jù)包成功傳輸率和經(jīng)歷較短的路徑長度；因此減少了無線傳感器網(wǎng)絡的能量消耗，提高了無線傳感器網(wǎng)絡在復雜環(huán)境中的適應能力和生存能力。
　　 2.基于一致性算法的分布式估計融合技術(shù)
　　 基于一致性算法的估計融合需要經(jīng)過多次的信息交換才能獲

4、得接近集中式算法的全局一致的參數(shù)估計值，而多次的信息交換不僅增加了傳感器節(jié)點信息傳輸?shù)哪芰肯?，并且增加了算法收斂的延時。本文將信號處理技術(shù)與復雜網(wǎng)絡一致性算法相結(jié)合，應用了狀態(tài)預測器和自適應濾波器加快算法，以改進基于一致性算法的分布式估計融合的收斂性能。前者通過應用節(jié)點即時估計的預測值，使得節(jié)點可以跳過收斂過程中的“冗余”狀態(tài)，從而實現(xiàn)快速的收斂性能；而后者則通過對算法中加權(quán)矩陣的自適應更新獲得算法性能的改進。仿真結(jié)果表明，改進后的算

5、法不僅能夠顯著加快節(jié)點估計的一致收斂速度，同時還能減小算法收斂過程中的即時估計誤差。
　　 3.基于一致性算法的分布式跟蹤系統(tǒng)
　　 文中針對線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的狀態(tài)跟蹤問題，分別討論了基于一致性算法的分布式Kalman濾波器和分布式Sigma點Kalman濾波器的設計和性能優(yōu)化問題。其設計思想是通過將一致性算法與經(jīng)典狀態(tài)跟蹤算法相結(jié)合，提高網(wǎng)絡中不同節(jié)點狀態(tài)估計的一致性，進而提高分布式系統(tǒng)中各個節(jié)點的估計性能。對于非