检索结果-内蒙古大学图书馆

电子学报 2010年第6期38卷 1239-1244页

作者：易军石为人唐云建许磊重庆大学自动化学院重庆400044 重庆科技学院电子信息工程学院重庆400044 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055

针对任务在各执行器的协作问题,提出一种动态调度策略,根据执行器节点的剩余能量和工作状态,利用混合模拟退火的微粒群算法,在任务时效期内,统一安排各任务在执行器上的执行周期,最小化最大完成时间.仿真结果表明,算法具有良好的收敛性... 详细信息

针对任务在各执行器的协作问题,提出一种动态调度策略,根据执行器节点的剩余能量和工作状态,利用混合模拟退火的微粒群算法,在任务时效期内,统一安排各任务在执行器上的执行周期,最小化最大完成时间.仿真结果表明,算法具有良好的收敛性能,各执行器的任务完成响应时间和能耗均衡情况均得到改善.

关键词：无线传感器/执行器网络任务调度微粒群算法模拟退火算法

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无线传感器/执行器网络多目标任务调度策略

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控制与决策 2011年第2期26卷 191-195页

作者：易军石为人许磊重庆大学自动化学院重庆400044 重庆科技学院电子信息工程学院重庆400044

针对多任务在多执行器节点的协作问题,提出一种多目标任务调度策略.该策略以执行任务的最大完成时间、能耗均衡指标和存储成本为目标,将任务调度建模成多目标优化问题,并运用理想点法解决不同目标量纲的差异性,进而转化为单目标优化问... 详细信息

针对多任务在多执行器节点的协作问题,提出一种多目标任务调度策略.该策略以执行任务的最大完成时间、能耗均衡指标和存储成本为目标,将任务调度建模成多目标优化问题,并运用理想点法解决不同目标量纲的差异性,进而转化为单目标优化问题求解,从而得到各任务在执行器节点上的局部最优执行方案.仿真结果表明,3个优化指标均得到一定程度的改善.

关键词：无线传感器/执行器网络多目标任务调度时延能耗均衡存储成本

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无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究

无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究

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作者：曹向辉浙江大学

学位级别：博士

随着无线传感器网络与网络化控制系统的发展与相互结合,无线传感器/执行器网络应运而生,它融合了泛在感知、自组织通信、分布式计算、自动化控制等于一体,是近年来新兴的信息—物理融合系统的一种具体形式。无线传感器/执行器网络在工... 详细信息

随着无线传感器网络与网络化控制系统的发展与相互结合,无线传感器/执行器网络应运而生,它融合了泛在感知、自组织通信、分布式计算、自动化控制等于一体,是近年来新兴的信息—物理融合系统的一种具体形式。无线传感器/执行器网络在工业生产、智能楼宇、现代农业、智能交通等领域具有广泛的应用前景,能够极大地改善人们的生产与生活,因此受到国内外研究者的高度关注。控制与网络化通信是无线传感器/执行器网络的核心,且二者之间存在相互依赖、相互影响的关系。然而,现有的针对无线传感器/执行器网络的研究,大多仅对其中某一个方面进行优化,更有意义的协同优化方法尚不完备,亟待进一步的研究。本文结合国际上最新研究成果,研究面向控制应用的无线传感器/执行器网络的体系结构和评价策略;在此基础上,提出了协议优化方法和控制算法,并研究了通信与控制的协同优化问题。本文的主要工作和贡献包括以下几个方面： 1)概述了无线传感器/执行器网络的发展及通信与控制方面的相关研究进展。 2)提出了无线传感器/执行器网络的体系结构,分析了具体设计要求与设计思路,提出了性能评价指标及评价方法。同时,基于OMNeT++和Matlab仿真工具,设计了无线传感器/执行器网络的仿真平台。 3)提出了面向状态估计的协议优化方法。针对采用IEEE 802.15.4标准的无线传感器/执行器网络,建立了时间触发和事件触发两种情况下的MAC层协议模型,并依此提出协议优化的框架和方法。 4)针对设定值控制问题,提出了三种不同形式的控制算法,包括集中式的控制算法、分散式的控制算法和分布式协作控制算法,设计了与之对应的满足控制要求的传感器、执行器(和集中式算法中的控制器)的任务调度机制,并证明了这些算法收敛的充分条件。 5)提出了综合控制与通信协的系统协同优化框架,以自触发控制为例,设计了一种基于模拟退火方法的优化控制器发包频率的算法,并给出算法收敛的充分条件。最后对全文进行了总结,并提出进一步研究的方向。

关键词：无线传感器/执行器网络体系结构评价指标 MAC层协议协议优化集中式控制分散式控制分布式控制协同优化

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无线传感器/执行器网络协作算法研究

无线传感器/执行器网络协作算法研究

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作者：易军重庆大学

学位级别：博士

无线传感器网络(WSNs)是控制学科的前沿研究方向,其理论与技术发展极大的受到应用驱动。近年来,大量应用场景需要WSNs在具有事件监测能力的同时,还具有任务执行、事件控制功能。为了满足应用需求,典型的WSNs衍生出一种由大量传感器节点... 详细信息

无线传感器网络(WSNs)是控制学科的前沿研究方向,其理论与技术发展极大的受到应用驱动。近年来,大量应用场景需要WSNs在具有事件监测能力的同时,还具有任务执行、事件控制功能。为了满足应用需求,典型的WSNs衍生出一种由大量传感器节点与少数执行器节点组成的新型网络结构,学术界称之为无线传感器/执行器网络(WSANs)。无线传感器/执行器网络是一种新型信息获取和处理技术。在无线传感器/执行器网络中,传感器节点需要与执行器节点进行大量的紧密协作,共同完成对环境的监测和对事件的处理,因此出现了一种新的网络现象:传感器节点-执行器节点(SA)协作和执行器节点-执行器节点(AA)协作。如何通过节点间的协同合作,共同完成对环境事件的处理,同时保证网络的实时性和能耗均衡,是无线传感器/执行器网络研究面临的一大挑战。本文面向无线传感器/执行器网络所涉及的理论与技术,针对传统的无线传感器网络相关协议和算法无法完全满足无线传感器/执行器网络新的需求,以节点之间的协同合作为研究手段,以提高网络实时性和能耗均衡为目的,构建SA协作和AA协作模型,基于最优化理论、群体智能优化、图论等计算方法展开理论与算法研究。主要研究成果包括如下四个方面: ①针对现有协作算法大多只对下一跳中继节点的选择进行研究,没有考虑网络能耗均衡问题,提出一种基于SA协作模型的分簇算法(CASA)。算法从全网的能耗和时延影响的角度,建立基于SA协作的能耗模型,综合考虑时延、连通度等约束条件,以网络能量优化为目标,构造非线性优化函数,求解网络理想执行器节点个数和传感器节点传输半径等网络分簇所需参数,并在此基础上完成节点的部署和成簇。网络平均时延和生存期等仿真结果表明,相比典型算法,该策略能够在满足一定连通度的前提下,优化网络部署,增强网络实时性和能量均衡性。 ②针对AA协作中,事件频发区域内节点能耗过快问题,基于分簇结构,提出一种AA实时协作框架(RC)。通过将任务分解成若干任务单元,应用招投标理论、信息论,建立基于熵权的执行代价评价标准,根据网络中执行器节点的实际情况分派任务元,使得多个任务元可以并发执行,缩短执行时间;同时利用多个执行器节点间的协作,将执行能耗分摊到邻居执行器节点,延长网络生存期。仿真、分析结果表明,相比典型算法,RC框架同时兼顾了任务执行的实时性和网络能耗均衡,较好地解决了事件频发区域内节点能耗过快问题。 ③针对多个有执行顺序限制条件的任务同时在多个执行器节点执行的任务分派问题,提出一种基于AA协作的单目标任务分派算法(SOTS)。建立以能量为约束条件,任务最大完成时间为目标函数的优化模型,并提出结合NEH方法与微粒群优化算法的混合优化算法进行目标函数求解。该算法将微粒群优化算法加以改造,用于任务分派的全局搜索;同时利用NEH方法增加算法局部搜索能力,确保解空间的充分搜索。仿真、分析结果表明,相比典型算法,SOTS搜索速度快,收敛性好,适合解决同时发生多个复杂事件的场合。 ④针对多个有执行顺序限制条件的任务同时在多个执行器节点执行的任务分派问题,以最大完成时间、能耗均衡指标、存储成本为优化目标,提出一种基于AA协作的多目标任务分派算法(MOTS)。利用理想点法将多目标优化规范化为单目标优化,通过执行器节点角色确定降低问题复杂程度,提出结合基于自适应学习策略的多邻域搜索策略与微粒群优化算法的混合优化算法进行目标函数求解,确保解空间的充分搜索。仿真、分析结果表明,MOTS算法搜索速度快,收敛性好,各执行器节点的实时性、能耗等性能指标均优于比较算法,为解决同时发生多个复杂事件提供了新的思路。

关键词：无线传感器/执行器网络协作任务分派实时性能耗均衡

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无线传感器/执行器网络能耗均衡实时路由协议研究

无线传感器/执行器网络能耗均衡实时路由协议研究

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作者：裴文彬合肥工业大学

学位级别：硕士

无线传感器/执行器网络是近年来发展起来的一种新型、无基础设施、自组织的无线网络。它衍生于无线传感器网络，由众多的传感器和执行器组成，通过无线自组网方式，完成分布式感测任务和执行任务。在无线传感器/执行器网络中，网络的能... 详细信息

无线传感器/执行器网络是近年来发展起来的一种新型、无基础设施、自组织的无线网络。它衍生于无线传感器网络，由众多的传感器和执行器组成，通过无线自组网方式，完成分布式感测任务和执行任务。在无线传感器/执行器网络中，网络的能量和实时性问题是影响网络性能的关键因素，决定了无线传感器/执行器网络的性能。本文研究了无线传感器/执行器网络的组成架构及相关技术，分析了无线传感器/执行器网络中能量和实时性对网络性能的影响，并提出了基于节点分区的能耗均衡路由协议（ERPNP）和基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议（RCRPSR）。ERPNP协议在保证网络连通性的基础上，使传感器节点的发射功率尽可能的小同时下一跳节点距离执行器节点越来越近，即选择较多节点较小发射功率的传输路径，避免选择较少节点较大发射功率的传输路径，均衡节点能耗，提高网络寿命。RCRPSR协议通过节点一次成簇、节点二次成簇、执行器节点到sink节点路由选择，选择数据传输成功率较高的路径传输数据，降低传输失败的概率，减少数据传输时延，提高网络实时性。通过NS2仿真工具进行验证，相比传统协议，基于节点分区的能耗均衡路由协议（ERPNP）能够使网络生存时间延长3到4倍。而在网络中数据传输成功率下降时，相比传统协议，采用基于节点间数据传输成功率的实时分簇路由协议（RCRPSR）传输时延降低2到5倍。通过这些协议对网络能耗的均衡和实时性的提升，使无线传感器/执行器网络的总体性能进一步加强。

关键词：无线传感器/执行器网络能耗均衡二次分簇实时性

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无线传感器/执行器网络中节点实时覆盖和调度算法的研究

无线传感器/执行器网络中节点实时覆盖和调度算法的研究

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作者：詹婧武汉理工大学

学位级别：硕士

无线传感器与执行器网络的研究中,覆盖、连通以及实时性的研究非常的重要,它们能够保障网络正常运行。覆盖问题确保监测信息的完整性,节点间的连通可以确保监测的数据不会丢失,网络的实时通信确保及时的监测信息并在有效期内做出响应。... 详细信息

无线传感器与执行器网络的研究中,覆盖、连通以及实时性的研究非常的重要,它们能够保障网络正常运行。覆盖问题确保监测信息的完整性,节点间的连通可以确保监测的数据不会丢失,网络的实时通信确保及时的监测信息并在有效期内做出响应。连通性实时覆盖是上述三者的综合,通过对节点拓扑结构的合理控制,既考虑网络的覆盖能力和连通问题,且兼顾执行器节点实时响应事件的能力,更好的满足应用的需求。本文较深入的研究了无线传感器／执行器网络的连通性实时覆盖以及网络能耗问题,研究的工作分别从下述3点展开： (1)深入的研究了无线传感器／执行器网络,分析覆盖问题的分类,重点的研究节点的区域覆盖问题。综合覆盖该问题的分析,总结了连通性覆盖的评判标准。在这些的基础之上,分析比较了近年来经典的执行器节点连通性覆盖算法。对算法的思想、应用范围、算法优劣等方面进行的对比,为更好的研究确定了明确的方向。 (2)在研究执行节点的覆盖问题时,既要考虑网络的实时性问题,又要考虑监测区域的空洞问题；与此同时,还需要兼顾到最优化覆盖以及算法收敛性等问题。因此,本文提出了一种基于正六边形网格的执行器节点实时覆盖算法(ARP-RHG)。ARP-RHG是一个分布式算法,根据实时覆盖的约束条件,在正六边形网格理论的基础上,通过对执行器移动的拓扑结构的控制,实现对传感器节点及事件区域的最优覆盖。ARP-RHG算法不但实现了执行器节点最大化覆盖,保证了节点间的单项连通性,在一定程度上,有效的提升了整个网络的收敛度。仿真实验证明了ARP-RHG算法的实时覆盖有效性和收敛性。 (3)已有研究表明传感器节点在事件区域中的随机部署方式满足泊松点过程。因此本文在此理论的基础上,对无线传感器／执行器网络中的传感器节点的个数(即部署节点密度)与完全覆盖监测整个事件区域的概率进行了分析。根据分析结果,提出了基于完全覆盖的传感器节点调度优化算法(OSACC),通过实验仿真,验证该算法能够在保证覆盖质量的同时,有效的节约节点的能量。

关键词：无线传感器/执行器网络连通性覆盖实时性

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家庭自动化无线传感器/执行器网络路由协议的设计

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信息与控制 2009年第5期38卷 624-632页

作者：徐宏勤洪承镐王智浙江大学工业控制技术国家重点实验室浙江杭州310027 汉阳大学电子信息与系统系

家庭自动化无线传感器/执行器网络有着自己的特点,如节点间供电能力、计算能力、移动性具有显著差异,本文在分析这些差异的基础上提出一种基于地理位置的按需路由协议.该路由协议利用静态节点位置限定路由请求包,并且利用静态邻居节点... 详细信息

家庭自动化无线传感器/执行器网络有着自己的特点,如节点间供电能力、计算能力、移动性具有显著差异,本文在分析这些差异的基础上提出一种基于地理位置的按需路由协议.该路由协议利用静态节点位置限定路由请求包,并且利用静态邻居节点作为辅助节点完成动态节点的路由发现,避免了对移动节点定位技术的依赖性.利用NS2比较了该路由协议和AODV路由协议的性能.仿真结果显示本文的路由协议能降低路由开销从而提高稳定性.

关键词：无线传感器/执行器网络家庭自动化路由协议

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面向突发事件的无线传感器/执行器网络传输机制研究

面向突发事件的无线传感器/执行器网络传输机制研究

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作者：徐哲壮上海交通大学

学位级别：博士

无线传感器网络的出现为人们感知物理世界提供了新的手段。在应急响应和环境监控等应用中，不仅需要传感器节点来检测事件的发生，还需要控制执行器节点及时地处理事件。基于这些应用的迫切需求，无线传感器/执行器网络（Wireless Senso... 详细信息

无线传感器网络的出现为人们感知物理世界提供了新的手段。在应急响应和环境监控等应用中，不仅需要传感器节点来检测事件的发生，还需要控制执行器节点及时地处理事件。基于这些应用的迫切需求，无线传感器/执行器网络（Wireless Sensor and Actor Networks，WSAN）近年来引起了科研人员的密切关注。本文根据国家自然科学基金重大研究计划“非常规突发事件应急管理研究”的指导，以地震灾后救援为应用案例，讨论了如何利用WSAN来实现对突发事件的实时监测和数据收集。针对突发事件数据传输的特征和需求，本文对WSAN的数据传输机制展开了研究，主要完成了以下几个方面的工作： 1.本文将突发事件相关的数据归纳为两类：事件报告和感知数据。事件报告的传输以事件为驱动，对传输过程的实时性和可靠性有较高的要求；感知数据的数据量较大，需要对传输的能量消耗进行优化。针对数据的异构性，本文对现有的WSAN传输机制进行了综述和分析，总结了现有工作尚未解决的问题。 2.为了刻画执行器节点的移动性对数据传输的影响，本文建立了基于虚拟Agent的WSAN模型。该模型把数据包的无线传输描述成虚拟Agent（智能体）在网络中的移动，从而将与移动执行器节点进行数据传输的问题转化为虚拟Agent在网络中搜索执行器节点的问题。该模型从多智能体系统（Multi-AgentsSystem, MAS）的视角，为与移动节点进行数据传输的问题提供了新的解决思路。 3.本文讨论了执行器节点的移动性给事件报告传输的可靠性带来的影响，并采用MAS中的重复污染问题刻画了执行器节点移动所导致的数据丢包问题。为了解决这个问题，我们将广播机制与MAS中Blocking机制相结合，设计了Ballooning算法。Ballooning算法能够有效地避免重复污染问题，保证了事件报告能够在有限时延之内传输到执行器节点。 4.本文研究了如何利用执行器节点的移动性来降低事件报告传输过程的时延与能耗，根据MAS中利用足迹信息追踪目标的思想设计了TS算法。TS算法令执行器节点在移动过程中主动地留下足迹信息，传感器节点则利用足迹信息进行路由选择，以此降低了事件报告传输过程的时延和能耗。TS算法还考虑了足迹信息带来的传输冗余问题，通过分布式的冗余去除机制降低了传输过程的能量消耗。 5.为了减少执行器节点位置更新带来的能量消耗，本文提出了基于移动策略的MLS算法。在MLS算法中，执行器节点会向源节点更新它的移动策略信息。源节点则通过移动策略信息预测执行器节点的当前位置，以此完成感知数据的传输。MLS算法可以在保证传输可靠性的前提下，降低更新过程的能量消耗，提高算法的可扩展性。 6.针对感知数据传输过程中能耗优化与均衡的问题，本文提出了混合分簇与路由的HCR算法。HCR算法通过基于分簇的数据融合技术降低了数据传输量，同时采用动态的分簇结构均衡感知数据传输过程的能量消耗。HCR在簇首选择算法中融入了梯度路由算法的思想，通过簇首节点之间交换梯度信息，提高了簇间多跳传输的实时性和能耗效率。

关键词：无线传感器/执行器网络突发事件传输机制移动性管理服务质量能耗有效性

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基于遗传算法的无线传感器/执行器网络故障检测滤波器设计

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计算机应用 2016年第3期36卷 616-619,646页

作者：刘勇沈轩帆廖勇赵明人工智能四川省重点实验室四川自贡643000 飞行器测控与通信教育部重点实验室重庆大学重庆400044

为提高无线传感器/执行器网络(WSAN)的可靠性,提出一种基于遗传算法(GA)的WSAN故障检测滤波器的优化设计方法。在系统建模时将无线网络传输延迟对网络控制系统的影响建模为一种系统扰动噪声,将由敏感度和鲁棒性构成的复合优化指标作为... 详细信息

为提高无线传感器/执行器网络(WSAN)的可靠性,提出一种基于遗传算法(GA)的WSAN故障检测滤波器的优化设计方法。在系统建模时将无线网络传输延迟对网络控制系统的影响建模为一种系统扰动噪声,将由敏感度和鲁棒性构成的复合优化指标作为故障检测滤波器的优化目标函数,即适应度函数。同时根据优化目标在自动控制系统中的数值特性,选择与之相适应的实数编码、均匀变异和算术交叉等处理方法,以期在加快收敛速度的同时也兼顾计算结果的精确度。所提的优化滤波器设计,不仅能抑制滤波器信号中的噪声分量,而且能放大故障信号。最后,通过Matlab/OMNET++的仿真平台验证了这一设计的有效性。

关键词：遗传算法无线传感器/执行器网络故障检测滤波器鲁棒性灵敏度

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基于IEEE 802.11e的无线传感器/执行器网络丢包判器设计

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计算机科学 2016年第8期43卷 66-70页

作者：姚毅刘勇沈轩帆廖勇赵明四川理工学院自动化与电子信息学院自贡643000 四川理工学院人工智能四川省重点实验室自贡643000 重庆大学飞行器测控与通信教育部重点实验室重庆400044

在目前的无线传感器/执行器网络(Wireless Sensor and Actuator Networks,WSANs)中,无线传感器及其所传输信息的业务类型趋于多样化;同时,在实时性要求较高的工业系统中,无线网络环境下的丢包将给整个系统带来严重的危害。为提高WSANs... 详细信息

在目前的无线传感器/执行器网络(Wireless Sensor and Actuator Networks,WSANs)中,无线传感器及其所传输信息的业务类型趋于多样化;同时,在实时性要求较高的工业系统中,无线网络环境下的丢包将给整个系统带来严重的危害。为提高WSANs的可靠性,提出了一种基于IEEE 802.11e的WSANs丢包判决器的优化设计方法。该方法采用提供服务质量(Quality of Service,QoS)的IEEE 802.11e作为WSANs的数据通信协议,推导出该协议下的WSANs丢包概率矩阵,并将基于该丢包概率矩阵的龙伯格状态观测器的输出作为丢包的判决阈值,把网络中的丢包现象作为一种故障信号,从而设计出WSANs的丢包判决器。该丢包判决器不仅能有效判断网络中是否出现了丢包,而且还能通过判决器输出的故障信号波形判断丢包原因,即传感器节点故障,或是由于信道环境不稳定造成的随机丢包。最后,通过MATLAB/OMNET++的混合仿真验证了该设计的有效性。

关键词：无线传感器/执行器网络 IEEE 802.11e 服务质量丢包判决器丢包率故障检测

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