基于休眠—喚醒機(jī)制下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的建模分析和協(xié)同控制.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域并有著廣泛的應(yīng)用前景，同步控制是WSN的支撐技術(shù)之一，也是目前的一大研究熱點(diǎn).最近幾年，許多學(xué)者對WSN的同步問題進(jìn)行了深入廣泛的研究并取得大量有價(jià)值的成果.但是，這些成果是建立在網(wǎng)絡(luò)有很強(qiáng)的連通性與網(wǎng)絡(luò)擁有固定節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上的，這與實(shí)際WSN中因節(jié)點(diǎn)使用了休眠-喚醒機(jī)制(SAM)后的弱連通性不相符合，也與節(jié)點(diǎn)在線增減的實(shí)際情況不一致.本文以WSN的應(yīng)用為背景，在SAM下建立固定節(jié)點(diǎn)集合和變節(jié)點(diǎn)集合的

2、WSN模型，對所建立的模型進(jìn)行理論分析.接著，對所建立的模型實(shí)施同步控制.本論文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面.
　　1.針對節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多并經(jīng)常遭受數(shù)據(jù)擁堵和數(shù)據(jù)碰撞的WSN，建立leader-following拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對其實(shí)施SAM，通過對leader節(jié)點(diǎn)的控制達(dá)到對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的控制.分別針對leaders和followers中的完備子圖（支派）實(shí)施SAM，得到兩個(gè)變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即固定leaders變followers和固定fol

3、lowers變leaders的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對這兩個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及固定leaders固定followers結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同步控制協(xié)議.由協(xié)方差的分析表明，在協(xié)議的控制下，系統(tǒng)達(dá)到擬平均均方同步，同時(shí)，得到系統(tǒng)達(dá)到同步的幾個(gè)充分必要條件.這部分內(nèi)容提出在完備子圖中實(shí)施SAM，根據(jù)不同的休眠方式設(shè)計(jì)同步控制協(xié)議.
　　2.對于節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大且在多變時(shí)滯和噪聲環(huán)境下的WSN，建立以最大度節(jié)點(diǎn)(MDN)的休眠-喚醒節(jié)奏為主導(dǎo)，其他節(jié)點(diǎn)相應(yīng)地采取休眠的

4、機(jī)制(SSAM)，以應(yīng)對MDN經(jīng)常遭受的數(shù)據(jù)擁堵.在SSAM下，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的帶有噪聲和多變時(shí)滯的分布式控制協(xié)議，得到一個(gè)基于Markov鏈作系統(tǒng)切換的WSN.通過p-階矩指數(shù)穩(wěn)定性理論的分析表明，系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)同步，同時(shí)得出系統(tǒng)達(dá)到目標(biāo)同步的幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn).這部分內(nèi)容提出對MDN及其鄰居節(jié)點(diǎn)實(shí)施SSAM，根據(jù)SSAM設(shè)計(jì)出能克服不同多變時(shí)滯和噪聲干擾的同步控制協(xié)議.
　　3.在SSAM下，研究了WSN的目標(biāo)自適應(yīng)跟蹤問題.假設(shè)節(jié)點(diǎn)之間的信

5、息交換和部分節(jié)點(diǎn)隨機(jī)得到目標(biāo)信號的過程均受到噪聲的干擾，并且在不同的拓?fù)渲?，系統(tǒng)含有不同的多變時(shí)滯函數(shù).在這種運(yùn)行環(huán)境中，設(shè)計(jì)出基于目標(biāo)跟蹤的自適應(yīng)控制協(xié)議并得到自適應(yīng)濾波的WSN.通過p-階矩指數(shù)穩(wěn)定性理論的分析表明，在所設(shè)計(jì)的濾波下，所有節(jié)點(diǎn)能直接或間接地與目標(biāo)函數(shù)保持同步.這部分內(nèi)容提出能事先設(shè)定跟蹤精度的自適應(yīng)同步控制器.
　　4.對于節(jié)點(diǎn)在線增加并運(yùn)行SAM的WSN，提出了無標(biāo)度WSN.針對無標(biāo)度WSN,設(shè)計(jì)一種新的數(shù)據(jù)

6、融合型控制協(xié)議.由不等式及偏序關(guān)系的分析表明，在數(shù)據(jù)融合型控制協(xié)議下，所有的節(jié)點(diǎn)達(dá)到局部同步.如果網(wǎng)絡(luò)是概率連通的，那么WSN達(dá)到全局同步.其中，所有的同步標(biāo)準(zhǔn)與網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)度無關(guān).這部分提出無標(biāo)度WSN的概念，并給出不依賴于標(biāo)度的同步標(biāo)準(zhǔn).
　　5.考慮變標(biāo)度WSN的同步問題，其中標(biāo)度的增、減是由于系統(tǒng)中有新節(jié)點(diǎn)的加入和失效節(jié)點(diǎn)的退出.對于變標(biāo)度WSN，文中給出了局部有限交連通和全局有限交連通等概念.若WSN是局部有限交連通的，則在