网络化多自主体系统的分布式优化及其在传感器网络中的应用

基本信息
批准号:61304038
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:游科友
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:黄双喜,苏薇,张玉利,丁见亚,李柳熙,林金表,李爽,秦宸
关键词:
多自主体系统收敛速度网络拓扑分布式优化趋同
结项摘要

This project mainly studies the distributed optimization over networked multi-agent systems and its applications in sensor networks.The goal of distributed optimization is to ensure that each agent achieves a global objective by using local communication and information processing, and the collaboration among agents. The interaction between agents is described by a network toplogy. It arises in various application domains including sensor networks,distributed computation, multi-agent coordination, large-scale machine learning, intelligent transportation and etc. For a global objective formed by a sum of agents' cost functions, a distributed optimization algorithm is proposed by integrating ideas of the Newton and consensus algorithms, whose performance is to be evaluated as well. The striking feature of the algorithm lies in the ease of implementation in a distributed manner, fast convergence, scalability and etc. The joint effect of channel uncertainties and the variation of the network topology is to be quantified. Then, the algorithm is tailored to solve several important application issues in sensor networks such as distributed localization and tracking, self network configuration, distributed task assignment and etc.

本项目重点研究网络化多自主体系统的分布式优化问题及其在传感器网络中的应用。分布式优化仅利用局部的通信与信息处理技术和自主体之间的协作使得各个自主体均实现全局优化目标。自主体之间的相互作用通过一网络拓扑结构来描述。其广泛应用于传感器网络、分布式计算、多自主体协调、大规模机器学习、智能交通等领域。针对全局目标为单个自主体的成本函数的和函数,构造基于牛顿优化算法和趋同算法的分布式优化算法,并分析算法的性能。该算法具有易分布式实现、收敛速度快、扩展性强等特点。分别刻画具有不确定性的网络信道和时变拓扑结构对算法性能的影响。基于提出的分布式优化算法,解决传感器网络中诸如分布式目标定位与跟踪、自组网、最优任务分配等重点应用问题。

项目摘要

现有的优化过程往往利用中心处理器来实现对的历史采样数据建模。本项目拟基于现实的大数据应用场景,为提高决策的有效性,采用分布式优化方法进行大数据优化决策的研究。首次通过引进松弛变量,将原始分布式优化问题转化为优化问题的上镜图形式(epigraph form)。基于此,有效地克服了现有分布式优化算法只适用于平衡图的局限,并很好地应用于时变拓扑图的情形。此外,研究成果应用于大规模网络的中心度测量的分布式计算问题、移动传感器网络节点协同定位问题,并讨论了多种不确定网络环境对优化的影响,大部分研究成果发表在控制系统两个权威期刊 Automatica 和 IEEE Trans. on Automatic Control (IEEE TAC) 上。依托本项目,发表 IEEE TAC 和Automatica 上发表 5 篇论文,长文 2 篇,在投 IEEE TAC 论文 2 篇。在 Springer 出版社出版一作专著一部。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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