基于復雜網絡理論的無線傳感器網絡地理路由和信息融合.pdf

1、無線傳感器網絡是由密集部署在監(jiān)視區(qū)域內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成的多跳的網絡系統(tǒng)。其中，網絡路由協(xié)議和信息融合技術是無線傳感器網絡實現(xiàn)信息傳輸和信息處理的基礎。無線傳感器網絡節(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絡的觀點理解和分析無線傳感器網絡的相關問題；結合小世界網絡模型和復雜網絡的一致性問題

2、，探討了無線傳感器網絡地理路由協(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絡地理路由協(xié)議性能的主要因素。本文根據小世界網絡的導航性，構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；然后根據拓撲意識，構造出具有小世界特性的邏輯網絡；最后利用小世界網絡的導航性引導信息傳輸，

3、避開網絡中的“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構特征后，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絡中存在障礙物的環(huán)境中能獲得較高的數(shù)據包成功傳輸率和經歷較短的路徑長度；因此減少了無線傳感器網絡的能量消耗，提高了無線傳感器網絡在復雜環(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
　　 基于一致性算法的估計融合需要經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與復雜網絡一致性算法相結合，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矩陣的自適應更新獲得算法性能的改進。仿真結果表明，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典狀態(tài)跟蹤算法相結合，提高網絡中不同節(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