面向远程医疗监护的无线传感网络路由与定位算法研究

发布时间：2017-06-04 02:11

  本文关键词：面向远程医疗监护的无线传感网络路由与定位算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着微机电技术、嵌入式技术、通信技术的进步,无线传感器网络得到了飞速的发展,具有成本低、容错性好、监测精度高、可远程监控、便于维护等优点,在军事、工程监测、医疗卫生和生态环境保护等领域有着广阔的应用前景。无线传感网作为一个资源受限系统,面临着计算能力、存储空间与网络资源等多方面限制,因此,针对无线传感网的体系结构、网络路由算法、节点定位算法等问题展开研究具有十分重要的意义。本文系统论述了无线传感网的体系结构,重点分析网络层路由算法的特点,对常用的路由算法进行分类和比较,并在此基础上完成了以下工作：(1)针对远程医疗监护系统监测环境空间跨度大、环境结构复杂以及需要长期运维等问题,提出一种新的基于分簇的无线传感网络多跳路由算法,该算法结合多跳技术进行非均匀分簇,在降低簇间通信能耗的同时避免了“热区”问题。采用固定分区策略,限制簇首节点出现的范围与数量,并通过引入簇首能量自检机制,降低网络的控制开销。同时利用节点能量和位置信息,选取最优节点成为簇首。仿真结果表明,该算法在网络的总体能耗、负载均衡和生命周期方面都有较好的表现。(2)考虑到对监护对象实时、准确的定位功能在远程医疗监护系统中的重要性,针对现有MDS (Multi-dimensional Scaling)相关技术的定位精度受锚点数目和网络连通度限制的问题,提出一种结合分簇思想的多维标度迭代定位算法CBMDS (Cluster-based Multi-dimensional Scaling),该算法将迭代MDS算法与LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)协议相结合,利用路由过程获得的信息实现网络节点的定位。仿真结果表明,CBMDS算法在节点随机分布的情况下,无需设置锚点即可较好地实现快速、准确的节点定位。(3)通过系统分析远程医疗监护系统的结构和组成以及对现有技术的分类比较,提出基于ZigBee技术的无线传感网远程医疗监护系统,并给出了系统的软硬件设计实现。该系统具有清晰的设计结构和良好的可扩展性,通过引入无线传感技术,增强了远程医疗监护的能力,拓宽了远程医疗监护的范围。
【关键词】：无线传感器网络 远程医疗监护 分簇技术 能量均衡 节点定位
【学位授予单位】：杭州师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 研究目的与意义10-11
• 1.1.2 研究目标11
• 1.2 相关领域研究现状11-14
• 1.2.1 无线传感网领域11-13
• 1.2.2 远程医疗监护领域13-14
• 1.3 无线传感网在远程医疗监护领域的研究进展14-17
• 1.4 论文研究内容与组织结构17-18
• 2 无线传感网络路由协议研究18-27
• 2.1 无线传感网体系结构18
• 2.2 无线传感网协议栈18-21
• 2.3 无线传感网络路由算法研究21-24
• 2.3.1 无线传感网络路由算法设计准则21-22
• 2.3.2 无线传感网络路由算法的分类22-24
• 2.4 典型的分层路由协议24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 基于能量均衡的固定分区路由算法27-38
• 3.1 问题描述27
• 3.2 算法描述27-34
• 3.2.1 模型假设与定义28-29
• 3.2.2 网络划分29-33
• 3.2.3 数据传输33-34
• 3.3 仿真结果和实验分析34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 基于分簇的多维标度定位算法38-48
• 4.1 问题描述38
• 4.2 算法描述38-43
• 4.2.1 迭代MDS定位算法39-40
• 4.2.2 簇内定位阶段40-41
• 4.2.3 簇间坐标整合阶段41-42
• 4.2.4 基准节点的选取42-43
• 4.3 仿真与性能评估43-47
• 4.3.1 算法复杂度分析43
• 4.3.2 仿真结果和实验分析43-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 基于无线传感网的远程医疗监护系统设计48-60
• 5.1 远程医疗监护系统概念48-49
• 5.1.1 远程医疗监护系统结构和组成48
• 5.1.2 系统设计准则48-49
• 5.2 系统框架设计49-50
• 5.3 系统硬件设计50-57
• 5.3.1 ZigBee技术51-55
• 5.3.2 无线传感节点硬件结构55-57
• 5.4 系统软件设计57-59
• 5.5 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 附录66
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录66
• 作者在攻读硕士学位期间参加的科研活动66

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