基于动态性感知的网络导航技术研究

发布时间：2017-05-23 11:24

  本文关键词：基于动态性感知的网络导航技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：网络导航(Networked Navigation)是当前无线网络应用研究的热点和难点之一。随着无线传感器网络、无线局域网络等网络基础设施的广泛部署,以及配置各类感知单元的智能移动设备的快速普及,导航服务逐渐从室外卫星导航延伸至各类动态场景的“最后一英里”,例如灾难救援、资产管理、战场集结和商务导引。当前,研究人员对室内定位和射频追踪技术开展了大量富有创见的工作,然而这些工作过度依赖领域知识(信标节点位置、信号强度-距离模型、室内平面图、射频指纹等),严重降低导航系统实时性、可靠性和可扩展性。论文针对四个影响网络导航方法性能的主要因素(链路状态动态性、应急区域动态性、人群行为动态性和路图生成动态性),深入研究无线传感器网和无线局域网两类环境下基于动态性感知的网络导航方法。根据动态性感知的目的,论文展开四个方面的研究:网络数据分发可靠性、生成路径可达性、移动人群可识别性、导航路图可扩展性,具体内容简要描述如下:首先,针对网络链路动态性,论文突破链路独立性假设约束,提出基于协同确认的轻量数据分发协议。通过Telosb无线传感器网络实验,发现多个相邻链路在接收同一分组时存在显著的链路相关性特征。基于该实验观察,设计一个包含挂起、等待、发送和接收状态的有限状态机模型,用于调度传感器节点的感知、计算和通信资源。通过对发送节点与其多个邻居接收节点形成的相关链路的接收确认概率的联合估计,论文提出的数据分发协议降低整个网络中数据分发的冗余重传和覆盖时延,同时提高数据分发可靠性。其次,针对应急区域动态性,论文提出一个基于路径可达性度量的移动振荡缓解方法。已有工作大多关注应急区域对导航路径的瞬时影响,并采用被动响应方式重新计算路径,但这类方法缺乏对应急区域动态性的主动估计,导航用户在局部来回移动,造成振荡移动。论文提出将应急区域时空动态特征感知转化为网络局部拓扑变化感知,提出一个基于虚拟三角构造的路径可达性度量模型。基于该模型,论文设计并实现一个基于路径可达性度量模型的无线传感器网络导航协议,该协议有效提高全局导航成功率。再次,针对人群移动行为的动态性,将网络导航环境从无线传感器网络扩展到部署更为广泛的无线局域网,考虑个体移动行为与最近邻群体的识别问题,从而为有效的人群协同导航提供决策依据。论文提出一个基于加速计采样统计的个体行为分类模型,并应用该模型实现人群的移动行为判别。基于论文提出的多行为学习模型,导航系统可依次识别不同移动行为(例如静止、步行、跑步等);然后将群体移动性的判别问题转化为个体的近邻发现问题,利用低功耗传感器完成移动用户的位置感知,通过对个体行为相似度、背景相似度和时空相似的主成分分析实现对群体移动特征的识别。最后,针对导航路图动态性,论文提出无路图输入条件下基于反向轨迹映射的导航方法。该方法通过移动特征和空间结构约束定义移动轨迹枢纽点,利用枢纽点将航位推算得到的所有参与用户的采样轨迹形成离散路段集合。然后,引入概率图模型--Bayes树完成路段组接形成逻辑路图。通过对逻辑路图的推理和消除操作,完成逻辑路图向物理空间的自增映射,从而实现由目的地到导航用户的导航路径和室内平面图并行反向生成。
【关键词】：网络导航 导航路径 振荡移动 人群识别 射频指纹 室内平面图 无线传感网 无线局域网
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 绪论13-27
• 1.1 网络导航技术研究的意义13-15
• 1.2 网络导航技术研究的现状15-22
• 1.2.1 基于拓扑提取的网络导航技术研究17-18
• 1.2.2 基于模型测量的网络导航技术研究18-19
• 1.2.3 基于指纹匹配的网络导航技术研究19-21
• 1.2.4 基于社交信息的网络导航技术研究21-22
• 1.3 网络导航技术研究存在的问题22-23
• 1.4 本文的主要研究内容23-25
• 1.5 论文的组织结构25-27
• 第2章 基于链路相关性估计的数据分发协议27-47
• 2.1 引言27-28
• 2.2 预备知识28-30
• 2.2.1 信道资源分配28
• 2.2.2 数据分发协议28-30
• 2.3 基于协同确认的数据分发协议30-39
• 2.3.1 链路相关性实验30-32
• 2.3.2 协同确认状态机32-36
• 2.3.3 导航数据分发协议36-38
• 2.3.4 讨论38-39
• 2.4 性能评价39-44
• 2.4.1 性能指标39
• 2.4.2 仿真实验39-43
• 2.4.3 室内测试床实验43-44
• 2.5 本章小结44-47
• 第3章 基于移动振荡缓解传感器网络导航协议47-67
• 3.1 引言47-48
• 3.2 移动振荡问题48-51
• 3.2.1 移动振荡48-50
• 3.2.2 移动振荡缓解50-51
• 3.3 移动振荡缓解的导航系统51-54
• 3.3.1 导航系统工作流51
• 3.3.2 系统初始化51-52
• 3.3.3 路标选择52-53
• 3.3.4 最小节点密度约束53-54
• 3.4 路径可达性度量54-57
• 3.4.1 应急区域移动速度54
• 3.4.2 期望振荡数54-57
• 3.5 导航协议设计57-60
• 3.5.1 路标识别算法57
• 3.5.2 可达路径生成算法57-58
• 3.5.3 路径更新算法58-60
• 3.6 讨论60
• 3.6.1 应急状态动态性建模60
• 3.6.2 距离估计方法60
• 3.6.3 折返路由和移动振荡60
• 3.7 实验评价60-66
• 3.7.1 室内系统实验61-63
• 3.7.2 室外系统实验63-66
• 3.8 本章小结66-67
• 第4章 基于参与式感知的人群移动行为识别模型67-87
• 4.1 引言67
• 4.2 预备知识67-69
• 4.2.1 参与式感知67-68
• 4.2.2 支持向量机68
• 4.2.3 主成分分析68-69
• 4.3 基于人群移动行为识别的网络导航系统框架69-71
• 4.3.1 设计目标和原则70-71
• 4.3.2 感知单元选择71
• 4.4 基于加速计的移动行为特征分析71-77
• 4.4.1 加速计的统计特征71-73
• 4.4.2 静态行为73-74
• 4.4.3 移动行为74-77
• 4.5 个体移动行为的分层识别方法77-78
• 4.6 人群移动行为识别78-82
• 4.6.1 人群移动特征提取79-81
• 4.6.2 最近邻人群发现81-82
• 4.7 性能评价82-86
• 4.7.1 评价方法82-83
• 4.7.2 数据采集83
• 4.7.3 个体识别器性能83-85
• 4.7.4 人群识别器性能85-86
• 4.8 本章小结86-87
• 第5章 基于反向轨迹映射的并行路图生成方法87-114
• 5.1 引言87-88
• 5.2 问题状态88-94
• 5.2.1 射频指纹的空间分辨90-92
• 5.2.2 惯导指纹的行为分辨92-94
• 5.3 基于路图动态性感知的渗透式导航思想94-96
• 5.3.1 潜在导航员发现过程94
• 5.3.2 反向轨迹映射过程94-95
• 5.3.3 渗透式导航过程95-96
• 5.4 基于反向轨迹映射的并行路图生成方法96-107
• 5.4.1 系统体系结构96-97
• 5.4.2 指纹去噪97-98
• 5.4.3 枢纽点序列生成98-99
• 5.4.4 轨迹去噪99-104
• 5.4.5 基于逻辑路图映射的渗透式导航104-106
• 5.4.6 讨论106-107
• 5.5 性能评价107-113
• 5.5.1 数据采集107-108
• 5.5.2 比较方法108
• 5.5.3 实验结果与分析108-113
• 5.6 本章小结113-114
• 结论114-116
• 参考文献116-125
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果125-127
• 致谢127

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