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无线传感器网络(WSN)被应用于诸多领域并有着广泛的应用前景,同步控制是WSN的支撑技术之一,也是目前的一大研究热点.最近几年,许多学者对WSN的同步问题进行了深入广泛的研究并取得大量有价值的成果.但是,这些成果是建立在网络有很强的连通性与网络拥有固定节点基础上的,这与实际WSN中因节点使用了休眠-唤醒机制(SAM)后的弱连通性不相符合,也与节点在线增减的实际情况不一致.本文以WSN的应用为背景,在SAM下建立固定节点集合和变节点集合的WSN模型,对所建立的模型进行理论分析.接着,对所建立的模型实施同步控制.本论文的研究内容主要包括以下几个方面.1.针对节点数量众多并经常遭受数据拥堵和数据碰撞的WSN,建立leader-following拓扑结构,对其实施SAM,通过对leader节点的控制达到对整个网络的控制.分别针对leaders和followers中的完备子图(支派)实施SAM,得到两个变拓扑结构,即固定leaders变followers和固定followers变leaders的拓扑结构,针对这两个拓扑结构以及固定leaders固定followers结构设计同步控制协议.由协方差的分析表明,在协议的控制下,系统达到拟平均均方同步,同时,得到系统达到同步的几个充分必要条件.这部分内容提出在完备子图中实施SAM,根据不同的休眠方式设计同步控制协议.2.对于节点数量庞大且在多变时滞和噪声环境下的WSN,建立以最大度节点(MDN)的休眠-唤醒节奏为主导,其他节点相应地采取休眠的机制(SSAM),以应对MDN经常遭受的数据拥堵.在SSAM下,设计出相应的带有噪声和多变时滞的分布式控制协议,得到一个基于Markov链作系统切换的WSN.通过p-阶矩指数稳定性理论的分析表明,系统达到目标同步,同时得出系统达到目标同步的几个标准.这部分内容提出对MDN及其邻居节点实施SSAM,根据SSAM设计出能克服不同多变时滞和噪声干扰的同步控制协议.3.在SSAM下,研究了WSN的目标自适应跟踪问题.假设节点之间的信息交换和部分节点随机得到目标信号的过程均受到噪声的干扰,并且在不同的拓扑中,系统含有不同的多变时滞函数.在这种运行环境中,设计出基于目标跟踪的自适应控制协议并得到自适应滤波的WSN.通过p-阶矩指数稳定性理论的分析表明,在所设计的滤波下,所有节点能直接或间接地与目标函数保持同步.这部分内容提出能事先设定跟踪精度的自适应同步控制器.4.对于节点在线增加并运行SAM的WSN,提出了无标度WSN.针对无标度WSN,设计一种新的数据融合型控制协议.由不等式及偏序关系的分析表明,在数据融合型控制协议下,所有的节点达到局部同步.如果网络是概率连通的,那么WSN达到全局同步.其中,所有的同步标准与网络的标度无关.这部分提出无标度WSN的概念,并给出不依赖于标度的同步标准.5.考虑变标度WSN的同步问题,其中标度的增、减是由于系统中有新节点的加入和失效节点的退出.对于变标度WSN,文中给出了局部有限交连通和全局有限交连通等概念.若WSN是局部有限交连通的,则在所设计的控制协议下,通过误差分析表明,WSN达到分支同步.如果WSN是全局有限交连通的,则WSN达到全局同步.同时,给出了系统的收敛域,结果表明,在参数的许可范围内,所给出的协议允许系统有很广的收敛范围.这部分内容提出了节点在线增、减的WSN模型,并给出同步标准.