發(fā)布時(shí)間：2017-10-08 19:04

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

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

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),是一個(gè)前沿?zé)衢T的科研領(lǐng)域,應(yīng)用前景十分廣闊。雖然傳感器網(wǎng)絡(luò)有諸多優(yōu)點(diǎn),但是它的發(fā)展同樣面臨許多困難和挑戰(zhàn),其中一個(gè)重要的難題就是能量控制問題。傳感器節(jié)點(diǎn)主要通過能量有限的電池進(jìn)行供電,能量的多少?zèng)Q定了節(jié)點(diǎn)的生存時(shí)間。因此研究如何有效的對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量進(jìn)行控制,延長(zhǎng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期具有非常重要的意義。網(wǎng)絡(luò)效用最大化理論自從被提出來以后被廣泛應(yīng)用于有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)的研究之中,其核心思想就是將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信問題抽象為一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃問題,將網(wǎng)絡(luò)資源等限制條件作為約束條件,在約束條件下研究如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的效用最大化問題作為目標(biāo)問題。針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)相應(yīng)的效用函數(shù),通過各種數(shù)學(xué)優(yōu)化方法求解效用函數(shù)從而解決網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化問題。為了便于研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量控制問題,本文在網(wǎng)絡(luò)效用最大化理論的基礎(chǔ)上,將傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量控制問題抽象為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)效用最大化問題,并給出了一個(gè)具體的效用最大化模型。對(duì)于該模型本文通過交替方向乘子法進(jìn)行了分析和研究。交替方向乘子法是一個(gè)健壯的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法,它結(jié)合了對(duì)偶分解法和擴(kuò)展拉格朗日算法對(duì)于限制性約束最優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)。它將原問題分解為若干個(gè)關(guān)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(luò)中,由于存在多種業(yè)務(wù)類型,效用函數(shù)的設(shè)計(jì)也各不相同,本文分兩種情況分別進(jìn)行討論。當(dāng)效用函數(shù)為凹函數(shù)時(shí),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(dāng)效用函數(shù)不是凹函數(shù)時(shí),本文基于增廣對(duì)偶理論來消除對(duì)偶間隙,對(duì)原問題進(jìn)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(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(yàn)證算法的可行性,本文給出了具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了算法是可行的,能夠收斂到全局最優(yōu)解。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 效用最大化 交替方向乘子法 對(duì)偶分解 能量控制
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(luò)概述10-11
• 1.1.2 節(jié)點(diǎn)模塊結(jié)構(gòu)與能耗分析11-12
• 1.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)與挑戰(zhàn)12-13
• 1.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略概述13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 論文組織與結(jié)構(gòu)15-16
• 第二章 優(yōu)化問題基礎(chǔ)知識(shí)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(duì)偶上升法17-19
• 2.2.2 對(duì)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(jiǎn)介21-23
• 2.3.2 交替方向乘子算法性質(zhì)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 基于網(wǎng)絡(luò)效用最大化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建模25-35
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)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(luò)效用最大化模型26-27
• 3.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(zhì)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(jié)34-35
• 第四章 凸優(yōu)化問題時(shí)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(shí)ADMM算法具體實(shí)現(xiàn)36-38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)仿真38-43
• 4.2.1 仿真環(huán)境與參數(shù)設(shè)置38-39
• 4.2.2 效用函數(shù)的選擇39
• 4.2.3 仿真結(jié)果和分析39-43
• 4.3 本章小結(jié)43-44
• 第五章 非凸優(yōu)化問題時(shí)的分布式能量控制44-53
• 5.1 非凸優(yōu)化問題的對(duì)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(shí)ADMM算法具體實(shí)現(xiàn)47-48
• 5.3 仿真與結(jié)果分析48-52
• 5.3.1 仿真環(huán)境設(shè)置48-49
• 5.3.2 效用函數(shù)分析49
• 5.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析49-52
• 5.4 本章小結(jié)52-53
• 第六章 總結(jié)和展望53-54
• 6.1 論文總結(jié)53
• 6.2 論文進(jìn)一步工作53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 在校期間科研成果58-59
• 致謝59

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 李世勇;秦雅娟;張宏科;;基于網(wǎng)絡(luò)效用最大化的一體化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層映射模型[J];電子學(xué)報(bào);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(luò)能量分配優(yōu)化策略[J];電子與信息學(xué)報(bào);2008年09期

3 廖盛斌;譚運(yùn)猛;;無線網(wǎng)絡(luò)效用最大化算法的收斂性分析[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年08期

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本文編號(hào)：995709