基于无线传感器网络的区域信息分布估计方法研究

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随着社会的发展与不断进步,目标区域内关键信息(如温度、化学浓度以及辐射强度等)的分布状态受到了学者们的广泛关注。然而,此类信息的分布状态往往是复杂未知且时变的,无法直接使用传感器获得整个区域内关注信息的分布状态。因此,基于传感器网络的信息分布估计方法应运而生。在现有研究的基础上,针对目标区域内信息分布估计在工程应用中所涉及的实际问题,利用无线传感器网络设计目标区域内的信息分布估计算法,实现对目标区域的高效监测。主要研究工作和成果如下:(1)针对凸型目标区域内动态信息分布的估计问题,设计了一种动态采样模型,并将曲面拟合方法与卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种面向目标区域动态信息分布的估计方法。该方法根据传感器网络的采样信息,以信息分布估计算法的估计误差为目标函数,优化设计了移动传感器的位置控制律,减少传感器网络中采样信息的冗余,提高了信息分布估计算法的估计精度,仿真验证了该方法的有效性。(2)针对通信时延下凸型区域信息分布估计问题,考虑移动传感器网络的通信时延,提出了一种基于滚动时域理论的信息分布估计方法。该方法以信息分布估计误差为目标函数,利用优化方法获得移动传感器网络的最优采样位置。此外,分析了信息分布估计方法以及移动传感器控制律的稳定性与可行性,并给出了移动传感器网络之间的时延上界。(3)针对窄长型目标区域(如公路、河流等)内的信息分布估计问题,构建了一种由静态传感器与移动传感器组成的动静混合传感器网络。结合并改进上述信息分布估计方法,计算动静混合传感器网络中各类传感器的最优采样位置,以进一步提高对窄长型区域的信息分布估计效率与精度,并在此基础上对比分析两种不同方法在窄长型区域内的适用性。
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