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基于图信号处理与图神经网络的大规模无线传感器网络智能优化部署
2024-05-24 11:30  

智能传感网作为感知端、边缘端和云端构成的三级架构,在现代社会中担当着重要角色,其应用场景日益广泛。然而,由于感知端节点的随机部署方式,往往会导致节点的分布不均和冗余,进而引发区域覆盖不全、数据传输不稳定等问题,制约了传感网的效率与性能。为解决这些问题,本项目围绕智能传感网的节点位置和数量进行了优化部署。

首先,本项目针对传感网节点分布不均的问题,提出了一种基于节点贡献推断的无监督优化部署架构。该架构在人工智能技术、语义通信技术和分布式计算技术的加持下,使得传感网可以以更少数量的节点获得相同的感知效果,从而实现了对传感网节点数量的优化。项目利用图相似性学习任务与节点贡献权重相结合的方法,有效推动了智能传感网的节点优化部署。通过构建适当的图结构,利用多粒度交叉表示匹配图相似性学习和加权PageRank排序等策略,实现了节点位置和数量的优化。

具体而言,项目首先将智能传感网构造为适当的图结构,并对每个节点进行扰动,得到扰动图,并将扰动前后的基准图和扰动图组成图对。随后,通过多粒度交叉表示匹配模块学习图的相似性,结合图注意力网络学习每个节点的自表示特征和互表示特征,并通过加性注意力机制聚合为图级特征。然后,通过匹配函数进行图对的匹配,得到匹配特征,并将其通过多层感知机融合预测出图相似性分数。这些分数作为权重参与节点PageRank排序,从而推断出节点的贡献权重。通过选择最高贡献节点子集,实现了智能传感网的节点优化部署。

这项工作的主要创新点包括:

1. 将图相似性学习任务与节点贡献权重相结合,推动了智能传感网的节点优化部署。

2. 提出了一种两阶段的图相似性学习模型,有效挖掘了图对中两个图的相似性关系。

3. 改进了传统的PageRank算法,更全面、精准地推断传感器节点的贡献权重,从而实现了智能传感网的优化部署。

   这项工作将深刻影响传感网在实际应用中的效率与性能。优化部署后的传感网节点分布更均匀,数据传输更稳定,从而提升了传感网的整体感知能力和响应速度。在实际场景中,这将极大地促进智能城市、物联网、环境监测等领域的发展,为人们的生活提供更加便捷、安全、智能的服务。

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