具有随机链路的传感器网络：分布式共识的拓扑设计
信息论
2009-11-13 v1 机器学习
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摘要
在传感器网络中，实际上传感器之间的通信受到以下因素影响：(1) 随机时刻的误差或故障；(2) 成本；以及 (3) 约束，因为传感器和网络在电力、数据速率或通信等资源稀缺的条件下运行。信噪比 (SNR) 通常是决定链路中误差概率（或通信故障概率）的主要因素。这些概率随后作为链路运行所在 SNR 的代理指标。本文研究了拓扑设计问题，即在考虑链路通信成本并存在总体通信预算约束的情况下，分配传感器间可靠通信的概率（或链路故障概率），以最大化平均共识的收敛速率。为解决此问题，我们处理了若干初步问题：(1) 将网络建模为随机拓扑；(2) 建立当网络链路故障时，平均共识在均方意义 (mss) 和几乎必然 (a.s.) 收敛的充要条件；特别是，(3) 证明了 mss 和 a.s. 收敛的一个充要条件是描述网络拓扑的平均图的代数连通性严格为正。基于这些结果，我们将受随机链路故障和通信成本约束的拓扑设计表述为一个约束凸优化问题，并应用半定规划技术求解。广泛的数值研究表明，最优设计显著提高了共识算法的收敛速度，并能以一小部分通信成本实现非随机网络的渐近性能。
引用
@article{arxiv.0704.0954,
title = {Sensor Networks with Random Links: Topology Design for Distributed Consensus},
author = {Soummya Kar and Jose M. F. Moura},
journal= {arXiv preprint arXiv:0704.0954},
year = {2009}
}
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