凸优化理论在无线传感器网络效用与节能方面的应用研究

【摘要】Wirelesssensornetwork(WSN)iscomposedofalarge-scaleself-organizingenergyconstrainedsensornodes,whichisreallyanetworkofenergyseverelyconstrainedinnature.Eachsensornodedeployinginthedetectionareahasthecapabilitytosensetheenvironment,processthedataandrelayittowardsthesinknodeorbasestationthroughmulti-hopwirelesscommunication,andthuscompletethedeploymentareameasurementsinrealtime.WSNhaveverybroadapplicationinmilitarysurveillance,environmentalmonitoring,transportationandsoon,whichhavegraduallydevelopedintothefocusofattentionathomeandabroad.WSNhavebeenwidelyappliedinmanyfieldswhilealsofacinggreatchallenges.Howtoeffectivelyusenodesenergytoextendthelifetimeoftheentirenetworkshouldbeacriticalconsiderationinnetworkdesign.NUM(NetworkUtilityMaximization)asaneffectivetoolforsystemanalysisofnetworkarchitecture,anditisalsosuitableforthedesignofvariousofstabledistributedresourcecontrolalgorithmsinWSN.Ingeneral,WSNapplicationperformanceisoftenevaluatedwiththeamountofdatacollectedbythesink,whichcouldbeindirectlymeasuredbythesensornoderateallocationinthenetwork.Thelargertheratesofthesourcesare,thebetternetworkapplicationperformanceisandtheshorterofthelifetimeofWSN,andviceversa.Thus,thereisaninherenttradeoffbetweennetworkapplicationperformanceanditslifetime.Inordertoenforcefairnessonsourcerates,weadoptnetworkutilityfunctiontomeasureWSNperformancebasedontheNUMframework.Byintroducingasystemweighingparameter,wehaveestablishedtwoconvexoptimizationmodelsthatjointlymaximizingnetworkutilityandnetworklifetime.TheinnovationoftheproposedmodelinthispaperisthatweusethemorerestrictiveMACconstraintsinsteadoflinkcapacityconstraintsasthegenerallimitationsofthefeasibleregion,andalsoconsiderthereliabletransmissionofdatabasedonend-hopretransmissionmechanism.ThenbytheLagrangedualdecompositionmethod,wehavedevelopedthecorrespondingpartiallyandfullydistributedoptimizationalgorithm.Simulationresultsshowthatbyselectingtheappropriateweighingparameter,theproposedmodelscaneffectivelyadjustthedatatransmissionrateofthesensornodeswithinthenetworktoachieveabalancebetweennetworkperformanceandnetworklifetime.Inrecentyears,themaximumlifetimeroutingprobleminWSNhasreceivedincreasingattentioninrecentyears.Anotherpartinthispaper,basedondifferentiationofweighteddatafusionmechanismtoeliminateredundancy,wehaveimprovedthepreviousmodelthatjointlymaximizingnetworklifetimeandminimizetheend-to-endpacketdelay.Lagrangedualdecompositionmethodisadoptedtodecomposetheprimalproblemintoseveralsub-problemswhichcouldbeexecutedoneachnode,andthecorrespondingfullydistributedalgorithmisdesigned.Innumericalsimulationpart,bythecomparisonwithrelatedresearch,wefindthatthealgorithmcaneffectivelybalancenodeenergyconsumption,prolongthelifetimeofthenetwork,andreduceend-to-enddatapacketdelay.
【作者】单法动；
【导师】谭连生；
【作者基本信息】华中师范大学，计算机系统结构，2014，硕士
【关键词】WirelessSensorNetwork；Networkutility；Networklifetime；Delay；Dataaggregation；

【参考文献】
[1]龙婷.中国出境旅游的发展现状与发展对策研究[D].中南林学院,森林经理学,2004,硕士.
[2]董飞飞.基于贝叶斯理论的轨道交通列控系统安全评估[D].北京交通大学,2013.
[3]詹晓伟.碳化硅外延石墨烯以及分子动力学模拟研究[D].西安电子科技大学,2011.
[4]应森.成昆铁路K309-K312段下伏采空区及沿线主要地质灾害评价及治理方案研究[D].西南交通大学,地质工程,2013,硕士.
[5]张文婷.网络舆论监督与传统舆论监督的比较研究[D].渤海大学,新闻学,2013,硕士.
[6]皇幼明.Hog1p基因对新生隐球菌不同变种毒力影响的初步研究[D].第二军医大学,皮肤病与性病学（专业学位）,2013,硕士.
[7]张少坤.金属玻璃复合材料界面变形行为及断裂的数值模拟[D].燕山大学,工程力学,2014,硕士.
[8]李廷廷.基于进化型神经网络的供应商评估选择[D].大连理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[9]付兆敏.彩色显微网点面积率检测系统的开发[D].西安理工大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[10]赵一阳.一种高可靠性大功率军用直流变换器的研究[D].北方工业大学,电路与系统,2013,硕士.
[11]王凌.家电制造企业绿色竞争力模糊综合评价研究[D].新疆财经大学,企业管理,2013,硕士.
[12]苏会玲.c-Met和p-Akt在胃癌中的表达及其与胃癌血管生成拟态的关系[D].河北医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[13]王永超.第三方回收努力的逆向供应链协调性研究[D].燕山大学,物流工程,2013,硕士.
[14]董纪军.雌二醇对腺样囊性癌细胞的增殖和转移作用的研究[D].第四军医大学,口腔基础医学,2004,硕士.
[15]陆艳婷.转基因超高油油菜新品系的选育与产业化对策[D].浙江大学,农业推广,2004,硕士.
[16]王红光.地基GNSS掩星反演对流层大气波导的方法和实验研究[D].西安电子科技大学,无线电物理,2013,博士.
[17]周丽.肝脾磁共振动态增强扫描评估肝纤维化的实验研究[D].川北医学院,影像医学与核医学,2014,硕士.
[18]周文举.基于机器视觉的在线高速检测与精确控制研究及应用[D].上海大学,控制理论与控制工程,2014,博士.
[19]刘聪.旅行社网络营销推广研究[D].华中师范大学,自然地理学,2013,硕士.
[20]李幸.慢病毒载体介导Blimp1-shRNA反义基因治疗调控髓源性DC前体细胞分化的研究[D].华中科技大学,免疫学,2013,硕士.
[21]张爱华,胡庆雷,霍星.飞轮安装偏差的过驱动航天器有限时间姿态控制[J].控制与决策,2014,01:27-32.
[22]张庆.日本铁路九州新干线板式无碴轨道介绍[J].中国铁路.2002(04)
[23]郑越.结核分支杆菌Ag85A、Ag85B DNA疫苗的构建、免疫原性及其保护效力的研究[D].中国人民解放军军事医学科学院,免疫学,2003,硕士.
[24]杨万瑜.应用氧化钼进行合金化的理论基础和实践[J].四川冶金.1989(03)
[25]顾国生.序列分布混沌的拓广[D].华南师范大学,应用数学,2004,硕士.
[26]王练书.十溴联苯醚在蚯蚓和玉米体内的生物累积特征研究[D].长安大学,市政工程,2013,硕士.
[27]杜娟.论破产重整程序中待履行合同的处理[D].中国政法大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[28]陈肖孟.抽象绘画在服装设计中的应用研究[D].北京服装学院,设计艺术学,2012,硕士.
[29]赵鹏.宁房&城投置业公司的战略选择[D].宁波大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[30]王琪.王夫之理欲观研究[D].湖南工业大学,伦理学,2012,硕士.
[31]蔡燕伟.基于彩色空间的二维OTSU铝塑包装药片图像分割算法研究[D].渤海大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[32]滕岚.考虑碳成本的集装箱多式联运路径选择研究[D].北京交通大学,2014.
[33]杨德志,沈佳妮,杨晓伟,马紫峰.石墨烯基超级电容器研究进展[J].储能科学与技术,2014,01:1-8.
[34]李孝劝.关于外交信使和外交邮袋的几个国际法问题[D].外交学院,国际法,2003,硕士.
[35]李建雄.中小企业科技创新云平台的设计与实现[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[36]徐世中.一夫不笑是吾忧[D].广西师范大学,中国古代文学,2003,硕士.
[37]朱帅帅.DSA电化学法处理氯醇法环氧丙烷生产废水的研究[D].中北大学,环境工程,2014,硕士.
[38]夏双研.员工制家庭服务业的研究[D].中国科学技术大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[39]姜涛.基于SPH法的板结土壤反旋凿切有限元仿真研究[D].浙江工业大学,2009.
[40]张龙.小学科学游戏化教学研究[D].渤海大学,小学教育,2014,硕士.
[41]马伟,王庆金.协同创新视角下企业可持续发展研究[J].财经问题研究,2014,07:106-111.
[42]刘晓光.两个稻瘟菌温度敏感型突变体的数字基因表达谱分析及相关基因敲除[D].浙江大学,植物保护,2012,硕士.
[43]杨海生,沙琴.常速叠加DMO速度分析[J].石油地球物理勘探,1999,S1:13-17+149.
[44]孙晓红.混合价态结构与巨介电效应的关系研究[D].安徽大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[45]葛孚群.第四代陶瓷界面在全髋关节置换中的短期效果评价[D].山东大学,骨科学（专业学位）,2013,硕士.
[46]张明.SPG膜微气泡曝气—生物膜反应器系统及运行优化研究[D].河北科技大学,环境工程,2014,硕士.
[47]王新.国际信托法律适用之研究[D].中南民族大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[48]樊银明.三聚氰胺及其同系物的同时检测方法研究与应用[D].广东工业大学,环境工程,2014,硕士.
[49]于汀,刘广一,蒲天骄,周京阳.计及柔性负荷的主动配电网多源协调优化控制[J].电力系统自动化,2015,09:95-100.
[50]冯丽彬.激光掺杂晶体硅太阳电池电镀工艺的研究[D].北京交通大学,光学工程（专业学位）,2013,硕士.