發(fā)布時間：2017-10-08 19:04

  本文關鍵詞：基于交替方向乘子的無線傳感器網(wǎng)絡分布式控制算法研究

  更多相關文章： 無線傳感器網(wǎng)絡 效用最大化 交替方向乘子法 對偶分解 能量控制

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡融合了傳感器技術、嵌入式技術、分布式信息處理技術和網(wǎng)絡通信技術,是一個前沿熱門的科研領域,應用前景十分廣闊。雖然傳感器網(wǎng)絡有諸多優(yōu)點,但是它的發(fā)展同樣面臨許多困難和挑戰(zhàn),其中一個重要的難題就是能量控制問題。傳感器節(jié)點主要通過能量有限的電池進行供電,能量的多少決定了節(jié)點的生存時間。因此研究如何有效的對傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點的能量進行控制,延長整個網(wǎng)絡的生命周期具有非常重要的意義。網(wǎng)絡效用最大化理論自從被提出來以后被廣泛應用于有線網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡的研究之中,其核心思想就是將整個網(wǎng)絡的通信問題抽象為一個數(shù)學規(guī)劃問題,將網(wǎng)絡資源等限制條件作為約束條件,在約束條件下研究如何實現(xiàn)網(wǎng)絡的效用最大化問題作為目標問題。針對不同的網(wǎng)絡環(huán)境設計相應的效用函數(shù),通過各種數(shù)學優(yōu)化方法求解效用函數(shù)從而解決網(wǎng)絡的優(yōu)化問題。為了便于研究無線傳感器網(wǎng)絡中能量控制問題,本文在網(wǎng)絡效用最大化理論的基礎上,將傳感器網(wǎng)絡的能量控制問題抽象為一個網(wǎng)絡效用最大化問題,并給出了一個具體的效用最大化模型。對于該模型本文通過交替方向乘子法進行了分析和研究。交替方向乘子法是一個健壯的數(shù)學優(yōu)化方法,它結合了對偶分解法和擴展拉格朗日算法對于限制性約束最優(yōu)化的優(yōu)點。它將原問題分解為若干個關聯(lián)的子問題,交替方向的求解這些子問題從而得出原問題的解,非常適合用來解決分布式的優(yōu)化問題。無線傳感器網(wǎng)絡中,由于存在多種業(yè)務類型,效用函數(shù)的設計也各不相同,本文分兩種情況分別進行討論。當效用函數(shù)為凹函數(shù)時,通過引入松弛變量后直接使用交替方向乘子法求解模型；當效用函數(shù)不是凹函數(shù)時,本文基于增廣對偶理論來消除對偶間隙,對原問題進行變形,再利用交替方向乘子法求解。本文所提出的分布式迭代算法利用網(wǎng)絡中各個節(jié)點的協(xié)同參與,僅僅需要有限的信息傳輸?shù)悄軌蚴諗康饺肿顑?yōu)解。為了驗證算法的可行性,本文給出了具體的網(wǎng)絡拓撲結構并進行仿真實驗,實驗結果表明了算法是可行的,能夠收斂到全局最優(yōu)解。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 效用最大化 交替方向乘子法 對偶分解 能量控制
【學位授予單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景10-14
• 1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡概述10-11
• 1.1.2 節(jié)點模塊結構與能耗分析11-12
• 1.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡特點與挑戰(zhàn)12-13
• 1.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能策略概述13-14
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文組織與結構15-16
• 第二章 優(yōu)化問題基礎知識16-25
• 2.1 凸集與凸函數(shù)16-17
• 2.2 凸優(yōu)化問題常見算法思想17-21
• 2.2.1 對偶上升法17-19
• 2.2.2 對偶分解法19-20
• 2.2.3 增廣拉格朗日乘子法20-21
• 2.3 交替方向乘子法21-24
• 2.3.1 交替方向乘子法簡介21-23
• 2.3.2 交替方向乘子算法性質23-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 基于網(wǎng)絡效用最大化的無線傳感器網(wǎng)絡建模25-35
• 3.1 網(wǎng)絡效用最大化理論25-28
• 3.1.1 效用最大化基本思想25-26
• 3.1.2 基本網(wǎng)絡效用最大化模型26-27
• 3.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡優(yōu)化通用模型27-28
• 3.2 效用函數(shù)28-31
• 3.2.1 效用函數(shù)的基本性質28-29
• 3.2.2 常見的效用函數(shù)29-31
• 3.3 系統(tǒng)建模與分析31-34
• 3.3.1 系統(tǒng)模型31-33
• 3.3.2 模型公式化33-34
• 3.4 本章小結34-35
• 第四章 凸優(yōu)化問題時的分布式能量控制35-44
• 4.1 模型分析35-38
• 4.1.1 交替方向乘子法解決凸優(yōu)化問題35-36
• 4.1.2 凸優(yōu)化問題時ADMM算法具體實現(xiàn)36-38
• 4.2 實驗仿真38-43
• 4.2.1 仿真環(huán)境與參數(shù)設置38-39
• 4.2.2 效用函數(shù)的選擇39
• 4.2.3 仿真結果和分析39-43
• 4.3 本章小結43-44
• 第五章 非凸優(yōu)化問題時的分布式能量控制44-53
• 5.1 非凸優(yōu)化問題的對偶間隙44-45
• 5.2 模型分析45-48
• 5.2.1 交替方向乘子法解決非凸優(yōu)化問題45-47
• 5.2.2 非凸優(yōu)化問題時ADMM算法具體實現(xiàn)47-48
• 5.3 仿真與結果分析48-52
• 5.3.1 仿真環(huán)境設置48-49
• 5.3.2 效用函數(shù)分析49
• 5.3.3 實驗結果和分析49-52
• 5.4 本章小結52-53
• 第六章 總結和展望53-54
• 6.1 論文總結53
• 6.2 論文進一步工作53-54
• 參考文獻54-58
• 在校期間科研成果58-59
• 致謝59

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李世勇;秦雅娟;張宏科;;基于網(wǎng)絡效用最大化的一體化網(wǎng)絡服務層映射模型[J];電子學報;2010年02期

2 廖盛斌;程文青;劉威;楊宗凱;丁毅;;基于效用的無線傳感器網(wǎng)絡能量分配優(yōu)化策略[J];電子與信息學報;2008年09期

3 廖盛斌;譚運猛;;無線網(wǎng)絡效用最大化算法的收斂性分析[J];北京理工大學學報;2014年08期

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本文編號：995709