能量采集WSN的功率分配算法研究
发布时间：2021-07-12 21:46
无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）是由大量微型廉价的传感器节点构成的分布式网络。网络中的传感器节点可对监测区域内的目标进行监测,并利用无线通信技术,以单跳或多跳的方式将监测数据传递至信息管理处。近年来,WSN因其自身良好的灵活性、优异的自适应能力和自组织能力而受到了广泛关注。然而普通的传感器节点大多由能量有限的电池供电,节点的能耗问题逐渐成为限制其发展的重要因素。在此背景下,能量采集WSN应运而生。能量采集WSN能够收集周围环境中的能量并将其转化为电能,是一种能够为传感器节点持续供能的新型网络。论文以信息能量同传和协作传输理论为基础,研究了能量采集WSN系统的功率分配算法。常见的功率分配算法有独立无协作传输算法、等功率分配算法、注水功率分配算法、信道反演功率分配算法等。传统功率分配算法中,注水算法实现的网络吞吐量最大,系统性能最优,但该算法并没有考虑系统的能量因果约束条件。针对这一问题,本文提出了改进的能量转移功率分配（Improving Energy-Transferring Power Allocation,IETPA）算法。论文主要内容和研究...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
能量采集WSN系统模型
论文研究内容和主要工作由于传统 WSN 中传感器节点能量有限，使得网络自身生存时间受限。节点能量使网络拓扑结构发生改变，严重时还会使整个网络失效，由此一来不利于 WSN 发展。针对 WSN 网络能量受限这一问题，目前多数文献致力于研究如何采取有能手段延长网络的生存时间，但这并不能从根本解决问题。此外，传统的供电方传感器节点的部署范围有限，使 WSN 无法部署在一些特殊环境中。因此，本文能量采集技术，在传统 WSN 的基础上加装能量采集模块，使系统具备能量自供能，并扩大传感器节点的部署范围。本文又在能量采集 WSN 的基础上拟结合协技术，通过引入中继节点达到增大网络吞吐量、扩大通信网络的覆盖范围、降低耗和通信环境中路径损耗对信息、能量传输带来的影响等目的。根据中继节点转的不同，本文还推导了能量采集 WSN 在解码转发（Decode-and-forward ，DF）转发（Amplify-and-forward ，AF）模式下分别采用独立无协作传输算法、等功算法及注水功率分配算法时中断概率的表达式，并在传统功率分配算法的基础上进行了改进。本文研究框架如图 1.2 所示。
2 能量采集 WSN 技术与系统模型2.1 无线传感器网络（WSN）概述2.1.1 WSN 的结构与特点无线传感器网络是由部署在监测区域内大量微型廉价的传感器节点和少数汇聚节点（sink node）或基站构成的一种无线通信系统[21]，其结构如图 2.1 所示。多数情况下，传感器节点通过多跳、自组织方式进行组网，这些传感器节点同时具有传感、信息处理和进行无线通信及路由的功能，且均由能量有限的电池供电。图中节点 A、B 之间的信息传输表示 WSN 中传感器节点以 1 跳的方式进行信息传递，节点 A、C 之间的信息传输表示信息以 2 跳的方式传递。分布在监测区域内的普通传感器节点将采集到的数据通过多跳方式传送到最近的汇聚节点或基站，再由汇聚节点或基站利用 Internet 或卫星媒介将信息传递给任务管理节点。网络中的任务管理节点对信息进行分类及管理后，由用户进行集中处理。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器网络应用综述[J]. 任志玲,张广全,林冬,张钟保,赵星. 传感器与微系统. 2018(03)
[2]无线传感器网络在医疗监护系统方面的应用[J]. 田肖. 电子世界. 2017(02)
[3]环境能量采集技术的研究现状及发展趋势[J]. 曹自平,王楚,袁明,罗俊,张金娅. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2016(04)
[4]无线电监控中改进型注水功率分配算法的研究[J]. 郭剑岚,陈俞强,刘怡俊. 电子测量与仪器学报. 2015(05)
[5]中继系统中断概率研究[J]. 万庆涛,马冠一. 计算机工程与应用. 2013(11)
[6]多用户MIMO系统中机会波束截断的信道反演[J]. 李玉梅,张曙. 计算机工程与应用. 2011(22)
[7]无线传感器网络技术发展现状[J]. 朱红松,孙利民. 中兴通讯技术. 2009(05)
[8]OFDMA系统中线性注水功率分配算法[J]. 张冬梅,徐友云,蔡跃明. 电子与信息学报. 2007(06)
[9]无线传感器网络结构及特点分析[J]. 石军锋,钟先信,陈帅,邵小良. 重庆大学学报(自然科学版). 2005(02)
博士论文
[1]能效优先的认知与协作无线通信关键技术研究[D]. 冯立.电子科技大学 2017
[2]绿色无线网络资源分配关键技术研究[D]. 吴凡.电子科技大学 2015
[3]无线协作中继网络的资源分配和信息能量同传技术的研究[D]. 杜冠瑶.北京交通大学 2015
[4]无线传感器网络拓扑控制研究[D]. 张路桥.电子科技大学 2013
[5]无线传感器网络若干关键技术的研究[D]. 尚兴宏.南京理工大学 2013
本文编号：3280718
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
能量采集WSN系统模型
论文研究内容和主要工作由于传统 WSN 中传感器节点能量有限，使得网络自身生存时间受限。节点能量使网络拓扑结构发生改变，严重时还会使整个网络失效，由此一来不利于 WSN 发展。针对 WSN 网络能量受限这一问题，目前多数文献致力于研究如何采取有能手段延长网络的生存时间，但这并不能从根本解决问题。此外，传统的供电方传感器节点的部署范围有限，使 WSN 无法部署在一些特殊环境中。因此，本文能量采集技术，在传统 WSN 的基础上加装能量采集模块，使系统具备能量自供能，并扩大传感器节点的部署范围。本文又在能量采集 WSN 的基础上拟结合协技术，通过引入中继节点达到增大网络吞吐量、扩大通信网络的覆盖范围、降低耗和通信环境中路径损耗对信息、能量传输带来的影响等目的。根据中继节点转的不同，本文还推导了能量采集 WSN 在解码转发（Decode-and-forward ，DF）转发（Amplify-and-forward ，AF）模式下分别采用独立无协作传输算法、等功算法及注水功率分配算法时中断概率的表达式，并在传统功率分配算法的基础上进行了改进。本文研究框架如图 1.2 所示。
2 能量采集 WSN 技术与系统模型2.1 无线传感器网络（WSN）概述2.1.1 WSN 的结构与特点无线传感器网络是由部署在监测区域内大量微型廉价的传感器节点和少数汇聚节点（sink node）或基站构成的一种无线通信系统[21]，其结构如图 2.1 所示。多数情况下，传感器节点通过多跳、自组织方式进行组网，这些传感器节点同时具有传感、信息处理和进行无线通信及路由的功能，且均由能量有限的电池供电。图中节点 A、B 之间的信息传输表示 WSN 中传感器节点以 1 跳的方式进行信息传递，节点 A、C 之间的信息传输表示信息以 2 跳的方式传递。分布在监测区域内的普通传感器节点将采集到的数据通过多跳方式传送到最近的汇聚节点或基站，再由汇聚节点或基站利用 Internet 或卫星媒介将信息传递给任务管理节点。网络中的任务管理节点对信息进行分类及管理后，由用户进行集中处理。
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器网络应用综述[J]. 任志玲,张广全,林冬,张钟保,赵星. 传感器与微系统. 2018(03)
[2]无线传感器网络在医疗监护系统方面的应用[J]. 田肖. 电子世界. 2017(02)
[3]环境能量采集技术的研究现状及发展趋势[J]. 曹自平,王楚,袁明,罗俊,张金娅. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2016(04)
[4]无线电监控中改进型注水功率分配算法的研究[J]. 郭剑岚,陈俞强,刘怡俊. 电子测量与仪器学报. 2015(05)
[5]中继系统中断概率研究[J]. 万庆涛,马冠一. 计算机工程与应用. 2013(11)
[6]多用户MIMO系统中机会波束截断的信道反演[J]. 李玉梅,张曙. 计算机工程与应用. 2011(22)
[7]无线传感器网络技术发展现状[J]. 朱红松,孙利民. 中兴通讯技术. 2009(05)
[8]OFDMA系统中线性注水功率分配算法[J]. 张冬梅,徐友云,蔡跃明. 电子与信息学报. 2007(06)
[9]无线传感器网络结构及特点分析[J]. 石军锋,钟先信,陈帅,邵小良. 重庆大学学报(自然科学版). 2005(02)
博士论文
[1]能效优先的认知与协作无线通信关键技术研究[D]. 冯立.电子科技大学 2017
[2]绿色无线网络资源分配关键技术研究[D]. 吴凡.电子科技大学 2015
[3]无线协作中继网络的资源分配和信息能量同传技术的研究[D]. 杜冠瑶.北京交通大学 2015
[4]无线传感器网络拓扑控制研究[D]. 张路桥.电子科技大学 2013
[5]无线传感器网络若干关键技术的研究[D]. 尚兴宏.南京理工大学 2013
本文编号：3280718
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