基于资源分配的无线体域网生命周期优化研究
本文选题:无线体域网 + 能量效率 ; 参考:《哈尔滨工业大学》2014年硕士论文
【摘要】:近年来,无线传感器网络技术取得了巨大的进步,其应用逐渐覆盖生活各个方面,尤其是在医疗健康监控领域。无线体域网是由附着在人体体表或体内,用来采集不同人体生理信号的各种无线传感器节点和一个中心节点组成。传感器节点将采集到的生理数据传送到某个具备一定处理能力的中心节点上,然后通过移动网络将数据转发到医院的处理系统。由于节点体积小,电池能量有限,若节点电量消耗完,整个无线体域网就会有崩溃的风险,所以提高网络能量效率、最大化网络生命周期是无线体域网中的一个核心问题。本文针对无线体域网的特点,从资源分配的角度出发,基于实际生理信号,信道特性等对无线体域网进行生命周期最大化研究。建立基于资源分配的无线体域网生命周期优化模型并对其进行求解。本文开展的主要工作如下:第一,无线体域网系统模型构建。研究分析了包括无线体域网信源特性、网络拓扑结构、信道衰落模型、比特误码率和信噪比以及网络工作模式在内的系统模型,并选定了本文的研究背景。第二,静态条件下的无线体域网能耗优化模型的建立。以典型的无线体域网结构以及生理信号信号量为背景,从资源分配、时不变信道特性的角度出发,首先建立一帧内时间资源均匀分配仅优化功率的次优化模型,在此基础上,提出了一种同时对节点发射功率和一帧内时间资源优化分配的优化方案,建立静态条件下能量最小化的资源优化分配数学模型。这两个模型都可以看做是几何规划问题,从而可以作为凸优化问题解决。通过对这两个数学模型的仿真及分析得到结论:对资源进行合理的优化分配,网络能量效率可以达到最优。第三,动态条件下的无线体域网生命周期最大化模型的建立。在静态条件能耗最小化模型的基础上,结合信道时变的动态特性,建立动态条件生命周期最大化模型。通过多次训练,实现对节点能量的均衡分配,由模型的仿真及分析可得出:通过进行合理的优化设计,从统计意义上,采用本文的方法能够使得无线体域网系统在有限资源条件下达到最高的能量效率,延长无线体域网生命周期。
[Abstract]:In recent years, wireless sensor network (WSN) technology has made great progress, its application gradually covers all aspects of life, especially in the field of medical and health monitoring. Wireless body area network is composed of various wireless sensor nodes and a central node attached to human body surface or body and used to collect different physiological signals of human body. The sensor node transmits the collected physiological data to a central node with certain processing capability, and then forwards the data to the hospital processing system through the mobile network. Because the node is small and the battery energy is limited, if the node energy consumption is exhausted, the whole wireless body area network will collapse, so improving the network energy efficiency and maximizing the network life cycle is a core problem in the wireless body area network. In view of the characteristics of wireless body-area network, this paper studies the lifetime maximization of wireless body-area network based on actual physiological signals and channel characteristics from the point of view of resource allocation. The life cycle optimization model of wireless body-area network based on resource allocation is established and solved. The main work of this paper is as follows: first, the system model of wireless body area network (WLAN) is constructed. The system models including wireless bulk area network source characteristics, network topology, channel fading model, bit error rate (BER) and signal-to-noise ratio (SNR) and network operation mode are analyzed, and the research background of this paper is selected. Secondly, the energy consumption optimization model of wireless body area network under static condition is established. Based on the typical wireless body area network structure and physiological semaphore, from the point of view of resource allocation and time-invariant channel characteristics, a sub-optimal model for uniform allocation of time resources within a frame with only optimized power is established. An optimal allocation scheme for both transmit power and time resources within a frame is proposed, and a mathematical model of optimal allocation of energy under static conditions is established. These two models can be regarded as geometric programming problems, which can be solved as convex optimization problems. Through the simulation and analysis of the two mathematical models, it is concluded that the energy efficiency of the network can be optimized by rational allocation of resources. Thirdly, the establishment of the life cycle maximization model of wireless body-area networks under dynamic conditions. Based on the static condition energy consumption minimization model and the time-varying dynamic characteristics of the channel, the dynamic condition life cycle maximization model is established. Through multiple training, the balanced distribution of node energy can be realized. From the simulation and analysis of the model, it can be concluded that through the reasonable optimization design, from the statistical significance, The proposed method can make the wireless body-area network system achieve the highest energy efficiency under the condition of limited resources and prolong the wireless body area network life cycle.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN929.5;TP212.9
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 刘毅;宋余庆;;无线体域网技术研究[J];小型微型计算机系统;2013年08期
2 孔令淑;姚向华;;无线体域网中的低功耗快速组网算法[J];微电子学与计算机;2013年12期
3 张洹千;杜晓薇;杨坚;卞士平;韩雪松;李擎;金庆辉;赵建龙;;一种体域网无线心电监护系统的研制与测试[J];现代电子技术;2014年04期
4 张春青;邹卫霞;李斌;刘月桂;;医疗体域网研究进展[J];中国医疗器械杂志;2012年02期
5 张莉;;无线体域网资源分配研究[J];电信工程技术与标准化;2014年08期
6 韩书平;钱良;杨宁健;;一种新型的能量受限无线体域网路由协议[J];信息技术;2009年11期
7 刘国华;赵子春;王延涛;孙玉刚;杨锶毅;;无线体域网中体征参数的采集与处理[J];南开大学学报(自然科学版);2010年01期
8 韩德强;刘立哲;顾春雷;;基于Windows Phone 7的体感健身系统的设计与实现[J];电子技术应用;2012年01期
9 孔龙;陈平平;徐位凯;陈志雄;;FM-DCSK UWB技术在无线体域网中的性能分析[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2013年02期
10 高鹏;杨永健;杜占玮;吴方明;;无线体域网隐私保护技术研究[J];计算机应用研究;2013年11期
相关会议论文 前1条
1 张晓博;袁开国;伍淳华;徐贤仲;;无线体域网(WBAN)安全技术研究[A];第九届中国通信学会学术年会论文集[C];2012年
相关重要报纸文章 前1条
1 本报记者 胡春民;体域网研究应列入国家规划[N];中国电子报;2010年
相关博士学位论文 前3条
1 于丽娜;无线体域网中数据融合绿色模型及传输调度算法研究[D];中国农业大学;2016年
2 武杨;基于无线信道特征的体域网安全技术研究[D];北京邮电大学;2014年
3 肖玲;无线体域网中人体动作监测与识别若干方法研究[D];湖南大学;2014年
相关硕士学位论文 前10条
1 王林;基于无线体域网的远程健康监护及其应用决策方法的研究[D];华东理工大学;2016年
2 鲍文旭;基于随机计算方法的体域网通信技术研究[D];复旦大学;2014年
3 贾涵中;基于WBAN的医疗无线监测系统的设计与实现[D];东北大学;2014年
4 杜宇;基于凸优化的无线体域网传感器节点选择问题研究[D];吉林大学;2016年
5 廖武;体域网中多传感器数据融合算法的研究[D];吉林大学;2016年
6 王帆;超声波体域网中数据链路层可靠性研究[D];吉林大学;2016年
7 王丰;运动姿态下无线体域网高能效技术研究[D];吉林大学;2016年
8 赵孝松;基于功率控制的无线体域网间同频干扰抑制[D];中国科学技术大学;2016年
9 安旭磊;体域网中脉搏数据融合研究[D];天津工业大学;2016年
10 李斯;可穿戴式无线体域网检测与传输技术的研究[D];上海师范大学;2016年
,本文编号:1866285
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/1866285.html