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理财项目青年教师在“物联网智能感测和覆盖优化”领域的研究取得重要进展

近日,理财项目青年教师邓贤君副教授的多项研究成果分别在信息科学领域著名学术期刊《IEEE Transactions on Industrial Informatics》(JCR一区,影响因子6.764,ESI源刊)、IEEE ACCESS(JCR二区,影响因子3.244,ESI源刊)和Elsevier Journal of Parallel and Distributed Computing(JCR三区,影响因子1.93,ESI源刊)上发表。

1.可信信息覆盖空洞检测

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)在环境监测、桥梁健康监测、精细农业、铀尾矿库周边区域放射性污染等多个工业领域得到了广泛应用。网络覆盖是无线传感器网络感测服务质量的一种度量,它反映和刻画一个区域被感测程度的优劣,是衡量WSN性能的重要指标之一。无线传感器网络中因节点初始随机部署不均、节点能量匮乏而失效及不可抗力对节点的破坏等因素产生的覆盖空洞将严重影响网络的感测和覆盖质量。为了有效的定位和检测覆盖空洞,论文基于新颖的可信信息覆盖模型,充分挖掘和利用所监测的物理变量本身所蕴含的空间相关特性,采用地质统计学中广泛应用的普通克立金估值作为重建和估值函数,利用高斯变差函数对所监测的物理变量进行建模,设计了一系列有效的启发式方案对覆盖盲区进行检测,并利用图像处理法提取覆盖盲区边界。仿真结果表明:论文提出的可信信息覆盖空洞检测方法可以有效检测可信信息覆盖空洞,优化网络覆盖性能,提高网络服务质量。该研究成果:“Confident Information Coverage Hole Detection in sensor networks for uranium tailing monitoring”于2017年3月在信息科学领域著名学术期刊《Elsevier Journal of Parallel and Distributed Computing》发表,南华大学为第一作者单位,邓贤君副教授为通讯作者。

论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S074373151730093X

在上述研究的基础上,综合考虑节点的通信能力、通信半径及能量损耗,以高效节能的方式充分利用单跳邻居传感器节点的协作和通信能力,传感器节点的定位和分布以及监测的物理变量的空间相关性,设计了一系列的启发式解决方案,以贪婪和递归的方式对潜在的覆盖盲区进行局部检测。仿真结果表明:论文提出的局部可信信息覆盖空洞检测方法可以高效节能对可信信息覆盖空洞进行局部检测,有效提升了网络的覆盖性能和服务质量。该研究成果:“Localized Confident Information Coverage Hole Detection in Internet of Things for Radioactive Pollution Monitoring”于2017年9月在信息科学领域著名学术期刊《IEEE Access》发表,南华大学为第一作者单位,邓贤君副教授为通讯作者。

论文链接:http://ieeexplore.ieee.org/document/8046017/

2.可信信息覆盖空洞修补

覆盖空洞的存在严重影响物联网的运行,将大幅降低物联网的覆盖性能及服务质量。因此,物联网配置的一个关键挑战就是对我们检测到的覆盖空洞进行修复,同时保证网络的连通性。论文紧密契合无线传感器网络在工业监测、铀尾矿库放射性污染监测等工业实践应用需求,以包含静止节点和移动节点的混合工业无线传感器网络为研究对象,从信息协同感测的视角出发,采用作者在前期提出的可信信息覆盖模型(该成果已发表在IEEE Wireless Communications期刊上,影响因子8.972,JCR一区,ESI源刊)作为基础节点覆盖模型,基于该模型提炼出混合工业无线传感器网络中的可信信息覆盖空洞修补新问题,设计有效策略派遣和调度移动节点前往修补产生的空洞,以期优化网络覆盖性能,提升网络运行效率和工作寿命。论文对修补可信信息覆盖空洞的节点移动派遣问题进行了建模,提炼出了最小化全部派遣节点移动能量消耗总量、最大化移动节点剩余能量、最小化单个派遣节点最大移动能量消耗等三个目标函数。作者通过将该问题归约为集合划分问题这一典型的NP难问题,从理论上严格证明了所提的可信信息覆盖空洞修补问题的NP完全性。基于此,作者进一步将该问题转换为二分图最优匹配,构造可信信息覆盖空洞与移动节点的有权二分图,并采用匈牙利算法来确定和获取最优匹配,从而确定修补可信信息覆盖空洞的能量高效的移动节点调度和派遣方案。实验结果表明,论文提出的可信信息覆盖空洞修补方法可以有效修补监测区域中产生的可信信息覆盖空洞,提升节点能量效率,优化网络覆盖性能,提高网络服务质量。该项研究成果:“Confident Information Coverage Hole Healing in Hybrid Industrial Wireless Sensor Networks”发表在信息科学领域著名学术期刊《IEEE Transactions on Industrial Informatics》上。南华大学为第一作者单位,邓贤君为第一作者,研究生唐祖君为第二作者。该成果对提高和优化工业无线传感器网络的覆盖质量和延长网络运行寿命具有直接的作用,并为无线传感器网络在各类工业环境监测及其它工业信息应用场景的成功应用提供理论支撑和实践指导,具有非常广阔的理论价值和应用前景。

文章链接:http://ieeexplore.ieee.org/document/8070398/

邓贤君副教授是湖南省青年骨干教师,湖北省优秀博士学位论文获得者,2016年获得国家留学基金委博士后项目资助赴加拿大St.Francis Xavier University师从加拿大国家工程院院士、国家“千人计划”入选者、St. Francis Xavier University杨天若教授开展博士后研究工作。上述研究成果是邓贤君被国家留学基金委公派至加拿大St. Francis Xavier University做博士后期间的重要研究成果。这些工作得到了国家自然科学基金(No.61401193)、国家留学基金委博士后资助项目(201608430036)、湖南省青年骨干教师人才项目、湖南省自然科学基金(No.2017JJ3275)、南华大学博士科研启动基金(2014XQD31)的支持。

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