通信约束下的无线传感器/执行器网络的分布式滤波与融合

As to characters of distributed data measurement and ad hoc data transmission in wireless sensor and actuator networks(WSANS) ,correspondent distributed filtering and fusion techniques is discussed. Firstly, considering data in sensor-actuaor layer of WSANs are applied to real-time control plant, a class of finite-time distributed filtering and fusion algorithms which can decrease convergence time efficently are disscussed.Secondly,becasuse there are lots of disturbances during data measurement and many phenomenon such as network induced time delay,packets dropout and disorder transmission when data transfer in wireless channel with limited and time-variable bandwidth, it is necessary to research distributed robust filter which can tolerant bigger uncertainty elements. Finally, considering the requirement of data integrity when data transmission in actuaor-actuaor network layer of WSANs,a class of distributed filtering and fusion techniques under the condition of limited data transmission is disscussed.Further more, design of distributed filter with active topology switching technology is considered when some of actuaors can mobiled or network topology is switched.The study for wireless sensor and actuator networks in distributed measurement and control is theoretical basis, which have great theoretical value and good application prospect.

本项目针对无线传感器/执行器网络（WSANs）的分布式数据测量与多跳数据传输特征，研究其相应的分布式滤波与融合技术。首先，考虑WSANs中传感器-执行器网络层的数据最终要用于实时控制，故拟研究一类能够有效减小收敛时间的有限时间分布式滤波与数据融合算法；其次，因为数据测量存在多种干扰、数据在带宽有限且时变的无线信道中传输会存在网络诱导时延、丢包和数据包无序传输等随机不确定现象，所以研究能够容忍较大不确定因素的分布式鲁棒滤波器变得非常必要；最后，考虑WSANs 中的执行器-执行器网络层的数据传输要求尽量完整的特点，研究在恶劣环境下的的信息完整分布式滤波与融合技术，同时进一步探讨执行器节点为移动时，即网络拓扑切换情况下的主动拓扑切换分布式滤波器设计。该研究为无线传感器/执行器网络在分布式检测与控制方面的应用起到良好的理论先行作用，具有较大的理论价值和较强的应用前景。

本项目针对无线传感器网络的分布式数据测量与多跳数据传输特征，研究其相应的分布式滤波与融合技术。首先，考虑传感器采集的分布式数据最终要用于实时控制，故研究了一类能够有效减小收敛时间的双增益快速一致性算法和双增益快速分布式滤波与数据融合算法；其次，因为数据测量存在多种干扰、数据在带宽有限且时变的无线信道中传输会存在网络诱导时延、丢包和数据包无序传输等随机不确定现象，所以以分布式卡尔曼一致性滤波算法为基础，研究能够容忍较大不确定因素的分布式鲁棒滤波器，并进一步探讨在不同的观测丢包率与通信丢包率前提下的滤波算法稳定性、滤波性能与性能极限问题；最后，考虑无线传感器网络中的数据传输要求尽量完整的特点，研究在充满带宽时变、丢包和较差的信噪比的恶劣环境下的信息补偿分布式卡尔曼一致性滤波与融合技术，同时以能量节约为核心，引入键逾渗、事件驱动和多采样率等相关模型与技术，探讨能量、滤波速度和滤波精度三参数之间的综合指标权衡与自适应调整，发展出满足不同需求的分布式滤波器设计方法。该研究为无线传感器/执行器网络在分布式检测与控制方面的应用起到良好的理论先行作用，具有较大的理论价值和较强的应用前景。