基于低秩矩阵恢复的移动WSN节点轨迹拟合研究.pdf

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1、第２７卷第１０期传感技术学报Ｖｏｌ?２７Ｎｏ?１０２０１４年１０月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＥＮＳＯＲＳＡＮＤＡＣＴＵＡＴＯＲＳＯｃｔ.２０１４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＰａｔｈＦｉｔｔｉｎｇｏｆＭｏｂｉｌｅＮｏｄｅｓｉｎＭｏｂｉｌｅ∗ＷＳＮＢａｓｅｄｏｎＬｏｗ￣ＲａｎｋＭａｔｒｉｘＲｅｃｏｖｅｒｙ１２１１１∗ＦＥＮＧＸｕꎬＸＵＸｉａｏｆｅｎｇꎬＬＩＡＮＧＸｕａｎꎬＬＵＹａｆａｎｇꎬＷＡＮＪｉａｎｇｗｅｎ(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＯｐｔｏ￣ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉ

2、ｎｇ１００１９１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｃｕｒｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙꎬＪｉａｘｉｎｇＺｈｅｊｉａｎｇ３１４０３３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｕｐｄａｔｉｎｇａｎｄｍａｎａｇｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐａｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｍｏｂｉｌｅｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅｓꎬｗｈｉｃｈｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｍｏｂｉｌｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ(ＭＷＳＮ)ｓｙｓｔｅｍ.Ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇｔｈｅｐａｔｈ

3、ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆＭＷＳＮ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬｗｅａｐｐｌｙｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｌｏｗ￣ｒａｎｋｍａｔｒｉｘｒｅｃｏｖｅｒｙｏｎｐａｔｈｆｉｔｔｉｎｇｔｏｒｅｃｏｖｅｒｐａｔｈｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｆｔｅｒｓａｍｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ.ＴｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｒｅｌａｘｅｓｔｈｅｒａｎｋｏｆｍａｔｒｉｘｂｙｒｅｐｌａｃｉｎｇｉｔｗｉｔｈｔｈｅＦｒｏｂｅｎｉｕｓｎｏｒｍｔｏｓｉｍｐｌｉｆｙｔｈｅｎｏｎ￣ｃｏｎｖｅｘｏｐ

4、ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍꎬｔｕｒｎｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｉｎｔｏａｎｏｎ￣ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｐｒｏｂｌｅｍꎬａｎｄｕｓｅｓａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｓｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｏｆｉｎｄｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎ.Ｅｘｐｅｒｉ￣ｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｃｈｉｅｖｅｓｇｏｏｄａｃｃｕｒａｃｙｏｎｐａｔｈｆｉｔｔｉｎｇａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｐａｔｈｉｎ￣ｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｅａｎｗｈｉｌｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｍｏｂｉｌｅｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋꎻｐａｔｈｆｉ

5、ｔｔｉｎｇꎻｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇꎻｌｏｗ￣ｒａｎｋｍａｔｒｉｘｒｅｃｏｖｅｒｙＥＥＡＣＣ:７２３０ꎻ６１５０Ｐｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００４－１６９９.２０１４.１０.０１８∗基于低秩矩阵恢复的移动ＷＳＮ节点轨迹拟合研究１２１１１∗冯绪ꎬ许小丰ꎬ梁璇ꎬ陆亚芳ꎬ万江文(１.北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院ꎬ北京１００１９１ꎻ２.通信信息控制和安全技术重点实验室ꎬ浙江嘉兴３１４０３３)摘要:对传感节点的位置和轨迹信息进行更新和管理ꎬ是传感节点可移动的无线传感器网络系统的主要特征ꎮ传感节点的位置和轨迹信息频繁传输会增加网络的能量消耗ꎮ为了降低信息

6、的传输量ꎬ对信息进行采样ꎬ并通过拟合传感器节点的移动轨迹恢复原始轨迹信息ꎻ为了进一步提高拟合准确度ꎬ将压缩感知理论应用于轨迹拟合中ꎬ该算法对非凸最优化问题进行松弛ꎬ将矩阵的秩松弛到矩阵的Ｆｒｏｂｅｎｉｕｓ范数ꎬ并转化为非约束优化问题ꎬ然后采用最小二乘法对目标函数进行迭代以求得最优解ꎮ仿真实验结果表明ꎬ算法能够较好地拟合传感节点的移动轨迹ꎬ能显著减少传感节点位置和轨迹信息的发送量ꎮ关键词:移动无线传感器网络ꎻ轨迹拟合ꎻ压缩感知ꎻ低秩矩阵恢复中图分类号:ＴＰ３９３文献标识码:Ａ文章编号:１００４－１６９９(２０１４)１０－１４０１－０５近年来ꎬ传感节点可以移动的无线传感器网络联盟协

7、同任务分配机制ꎬ实现了对ＷＳＮ中多目标的ＷＳＮ(ＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋ)引起了人们越来越广追踪任务ꎻ文献[５]将网络分为多个网格ꎬ通过计算泛的关注ꎮ很多情况下ꎬ移动无线传感器网络能够有节点在每个网格出现的概率来预测移动节点的轨[１－３]效提高网络的可靠性和能量效率ꎮ在复杂多变迹ꎮ文献[４－５]均利用了网络中固定的已知坐标的的应用环境中ꎬ移动无线传感器网络需要结合节点的节点来实现对移动节点的跟踪ꎬ其方法不能适用于实际移动情况对数据进行采集和分析ꎬ传感节点的位节点都移动的无线