基于分布式算法在WSN中的能耗最小化优化研究

如何有效利用节点能量并延长网络的生存期是研究无线传感器网络的一个核心问题.在已有的集中式算法的基础上,提出了一种分布式优化的方法,使无线传感网络中无损数据收集时的能量消耗最小化,此方法主要是通过将传输功率和压缩传输速率进行合理的配置来实现,运用拉格朗日对偶分解法,可以把能量最小化这个问题分解为能够被传感节点本身分布式解决的子问题.通过仿真结果可得,分布式算法相比集中式算法能使目标函数更快收敛从而达到能耗最小化.     

多用户协作通信中基于比例公平的资源分配

研究了多用户协作通信系统容量与用户间比例公平性的折衷优化问题,将该优化问题视作非凸优化问题．为减小算法复杂度,利用并行分解的方法给出了一种机会中继与分布式功率分配的联合资源优化算法．首先提出了基于用户容量增益的机会中继选择策略,然后利用KKT条件给出了分布式节点优化功率分配算法．仿真结果表明：相对于随机中继选择以及平均功率分配,该算法在具有较低的算法复杂度的同时,能够显著提高系统性能并保证公平性．     

无线多跳网络中SVC视频流传输的分布式优化方法

针对无线多跳网络承载多媒体服务所面临的可扩展性、能量有效性和服务质量保证的挑战,研究了多个可伸缩编码（scalable video coding,SVC）视频流在无线多跳网络中传输的分布式跨层优化问题.在分析网络资源分配约束和SVC视频内容自适应模型的基础上,把SVC视频的传输问题表达为一个视频质量和网络功率消耗的跨层权衡优化问题.基于对偶问题的可分解性和次梯度求解方法,提出了一个可分布式实现的SVC视频优化传输算法.该分布式算法避免了控制开销的全网传播,通过节点的局部信息交换和独立解决相应子问题,达到底层资源分配和上层SVC视频传输内容选择的最优匹配.仿真结果表明该算法可以快速收敛到最优解,并能实现SVC视频的平均传输质量和网络总功率消耗的最优权衡.     

主动配电网源荷协同优化控制策略研究

针对主动配电网中间歇性可再生能源(光伏和风电)和具有与配电网管理系统互动的主动需求负荷的协同运行问题,提出了基于自适应扩散算法的源荷分布式协同优化控制策略。该策略应用自适应扩散算法构造自适应邻接矩阵和融合矩阵,作为加权因子对节点状态值进行迭代更新,获得全局一致边际成本信息,实现分布式电源功率等边际成本控制。以IEEE-14节点配电系统为例进行仿真分析控制系统的动态性能,结果表明,采用所提策略进行主动配电网有功功率的优化调度,能够实现源荷间的协同运行,并与一致性算法和PSO算法的计算结果进行比较,验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于跨层设计的传感器网络寿命最大化算法

面向监测应用的无线传感器网络,当链路存在干扰时,节点在传输数据时会对位于其干扰范围内的节点造成信号干扰,从而使得这些节点不能正确收到其它节点传输的数据.针对这种场景下的网络寿命最大化问题,分析了网络流量和节点能耗,提出了一种将功率控制和数据聚合路由相结合的非凸优化模型.通过对数转换方法将非凸优化问题转化为凸优化问题,利用优化理论和方法将凸优化问题分解为聚合数据率分配子问题和功率控制子问题,最后给出了联合优化问题的分布式解法.仿真实验表明,使用该方法可以有效减少数据通信量,均衡各个节点的能量消耗,有效延长网络寿命.     

协作CDMA系统上行链路功率控制策略及优化算法研究

针对协作CDMA系统上行链路功率控制优化算法复杂度过高的问题,提出了一种新的分段式低复杂度的功率控制策略及优化算法,其中系统的功率控制分两个阶段,前后两阶段分别采用分布式的功率控制优化算法和基于几何规划的功率控制优化算法。理论分析和数值仿真结果表明,功率控制优化算法对信道信息要求低、运算量小、复杂度低、收敛速度快,且收敛于全局最优。     

基于车载自组织网络的数据和能量协同路由算法

针对车载自组织网络中路边单元具有较高碳足迹和部署成本的问题, 提出一种车载自组织网络中数据与能量协同的路由算法, 通过路边单元间的能量合作及路边单元与下行车辆能量传输的方法, 实现网络生命周期最大化. 其中路边单元节点可从自然界和车辆中收集能量, 并通过能量协作将路边单元节点获得的部分能量传输给邻居路边单元节点. 通过分析数据速率、 传输功率和能量传输, 解决了能量和数据路由中最大网络生命周期的问题, 确定了能量和数据路由联合优化策略的必要条件, 并基于分布式Lagrange-Newton迭 代算法更新数据流、 能量流和功率控制, 使算法能更快地收敛到最优操作点. 实验结果表明, 在车载自组织网络中的能量合作框架可有效改善网络生命周期.     

无线网络中最小能量的协作广播算法研究

基于协作传输中的最佳功率分配,提出一种修正的积累递增广播算法(MCIA),该算法允许多个节点同时传输信息到网络中的其它节点,减小广播信息所需的总发送功率.并且给出了分布式MCIA.分布式MCIA仅需要一跳范围内节点的信息,可以自适应决定协作传输节点的数目.仿真结果表明就总的发送功率而言,MCIA优于已有的广播算法.并且,分布式MCIA能够取得近似集中式MCIA的性能.     

基于车载自组织网络的数据和能量协同路由算法

针对车载自组织网络中路边单元具有较高碳足迹和部署成本的问题, 提出一种车载自组织网络中数据与能量协同的路由算法, 通过路边单元间的能量合作及路边单元与下行车辆能量传输的方法, 实现网络生命周期最大化. 其中路边单元节点可从自然界和车辆中收集能量, 并通过能量协作将路边单元节点获得的部分能量传输给邻居路边单元节点. 通过分析数据速率、 传输功率和能量传输, 解决了能量和数据路由中最大网络生命周期的问题, 确定了能量和数据路由联合优化策略的必要条件, 并基于分布式Lagrange-Newton迭 代算法更新数据流、 能量流和功率控制, 使算法能更快地收敛到最优操作点. 实验结果表明, 在车载自组织网络中的能量合作框架可有效改善网络生命周期.     

分布式智能电网中电源失效时的电能优化分配

构建一种分布式智能电网的总体框架模型,给出分布式发电规划与优化控制总体模式;针对分布式智能电网中的电源故障问题采用一种改进微粒群算法进行优化潮流计算,获取系统正常工作发电设备的优化功率分配方案,并基于IEEE 14-bus系统进行了仿真,验证了所提方法的有效性.     

能量收集通信系统中基于深度Q网络的最大化保密速率功率控制策略

研究由能量收集发射节点、目的节点和窃听节点组成的能量收集通信系统中,以最大化平均保密传输速率为目标的发送功率控制问题.在环境状态信息事先未知,且系统模型中信道系数、电池电量、收集的能量连续取值的场景下,提出一种基于深度Q网络(deep Q network,DQN)的、仅依赖于当前系统状态的在线功率分配算法.将该功率分配问题建模为马尔科夫决策过程;采用神经网络近似Q值函数来解决系统状态有无限多种组合的问题,通过深度Q网络求解该决策问题,获得仅依赖于当前信道状态和电池状态的功率控制策略.仿真结果表明,相比较随机功率选择算法、贪婪算法和Q学习算法,提出的算法能获得更高的长期平均保密速率.     

电力系统电压无功多目标的优化控制

电力系统电压无功多目标的优化控制是主要的复杂优化和控制问题之一. 本文在明确电压无功多目标控制方式及意义的基础上, 剖析了电力系统中的电压问题, 进一步详细研究了电压无功多目标优化算法的实现, 并通过在IEEE-6节点网络的无功优化计算结果的分析, 表明本文所研究优化控制方法的有效性.     

一种考虑储能的电力信息物理系统连锁故障阻断控制策略

电网信息物理高度融合背景下,为了降低电力信息物理系统发生跨空间连锁故障的风险,提出一种计及储能配置的连锁故障阻断控制优化策略。首先,基于电力系统可观可控性构建信息物理多重交互机理,并根据系统间交互阐明过载主导型连锁故障的演化过程。同时在现有调控手段基础上考虑储能入网对连锁故障阻断控制的影响。并将阻断控制表述成多阶段最优潮流问题,获得兼顾安全性与经济性的连锁故障控制方案。采用IEEE-118节点系统对不同控制策略进行对比,验证了所提控制优化策略的有效性,并分析了储能规模对阻断控制的影响。     

基于μC/OS-Ⅱ的无线传感器网络节点低功耗设计

针对无线传感器网络节点存在的能源受限问题,从操作系统层面对节点进行了低功耗设计,提出了一种基于μC/OS-Ⅱ的无线传感器网络节点的功耗管理方案,分别从节点微处理器、外围设备以及电池能量3个方面进行了电源管理设计.并在STM32F103ZET6微处理器的节点上进行了试验.结果表明:该方案能够有效降低系统功耗,当系统处于空闲状态时,功耗相比于正常运行时有了明显的降低,且系统运行稳定.     

一种基于功率控制的无线传感器网络跨层通信协议

提出一种新的跨层通信协议基于功率控制的定向生成树(PCDST).本协议采用定向生成树算法以解决数据传输过程中的无效能耗问题,并控制节点的传输功率以降低网络通信竞争强度.为了更好地控制传输功率这一关键因素,构建了一个网络效用最大化模型,并基于原始-对偶算法设计拉格朗日对偶函数,推导出传输功率的最优解集.这些跨层策略的应用能够使无线传感器网络在节能的同时保持良好的通信状态.仿真实验结果表明,本协议在节约能量和提高通信吞吐量方面具有很好的表现.     

基于混合通信方式的分布式电能量采集系统

介绍了基于混合通信方式的分布式电能量采集系统的结构、功能和设计方法.系统由省电力调通中心节点、市电业局主站及发电厂或变电站节点等3层构成,各层采用不同的通信方式,实现了电能量数据的分布式采集和分析,保证电能量数据的正确性、完整性和同时性.同时,给出系统所采取的可靠性处理方法.     

考虑风电随机性的交直流系统协调二级电压控制方法

为了应对风电随机波动导致的送端电网潮流大规模变化、换流母线电压扰动，进一步导致换流站离散设备额外动作，提出考虑风电随机性的交直流系统协调二级电压控制方法：首先通过定义功率相对偏差来描述风电波动程度，筛选出二级电压控制中不能忽略风电功率波动的特征时段；然后采用k-means聚类方法得到特征时段风电出力的典型场景；最后利用概率场景法来表示风电的随机性，借助机会约束法解决不确定性优化问题。基于修改的IEEE39节点算例系统进行仿真并验证所提方法的有效性。     

分布式自组织网络动态功率控制机制的研究与实现

针对自组织网络的功率控制机制,提出了一种适用于自组织网络的分布式动态功率控制机制.源节点首先向目的节点申请保护时隙作为专用数据通信时隙,申请成功后源节点根据接收到的响应报文的发送功率和接收信号强度指示器,计算出源节点到目的节点的最优发送功率,减少发送功率从而节省节点能耗.基于CC2430无线模块开发了实验验证平台对该机...     

无线传感器网络中基于能量控制的拓扑构造

无线传感器网络由若干个能量有限的网络节点构成。由于能量有限,因此需要降低每个节点的能耗从而延长整个网络的生存周期。本文提出了一种新颖的基于“多跳”概念的分布式算法,用以构造高能效的树形拓扑结构,且不用借助任何定位信息。其中能量的保护借助对通信能量的控制得以实现。     

非对称全双工双向中继系统能效研究

研究了频率非选择性瑞利衰落信道中,具有不对称业务特性的全双工双向中继系统能效问题,其中两个源节点在不同信息发送速率情况下,借助全双工中继节点进行消息的互通。基于解码转发中继策略,在瑞利衰落信道环境下,将能效优化问题转化为一个递进式两阶段优化子问题:首先固定传输时间,优化各个传输节点的发射功率;再对传输时间进行优化,从而给出能效优化问题的闭式解。基于此解,提出一种最小化系统总发射功率的节点功率控制和传输时间分配的联合实现算法,并通过数值仿真实验验证了所提算法的有效性。仿真结果表明:在源节点具有不对称业务情况下,所提算法具有能效性能优势,并随着业务不对称度的提高,能效性能优势越加显著,在强不对称业务情形下,比“仅发射功率控制”算法可节约60 dB总发射功率。