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.pdf

1、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，能量的多少決定了節(jié)點(diǎn)的生存時間。因此研究如何有效的對傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量進(jìn)行控制，延長整個網(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

2、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網(wǎng)絡(luò)的通信問題抽象為一個數(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網(wǎng)絡(luò)效用最大化問題，并給出了一個具體

3、的效用最大化模型。對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健壯的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，它結(jié)合了對偶分解法和擴(kuò)展拉格朗日算法對于限制性約束最優(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，通過引入松弛變量后直接使用