基于体域网协作通信的关键技术研究

发布时间：2017-07-27 05:17

  本文关键词：基于体域网协作通信的关键技术研究

  更多相关文章： 无线体域网 协作通信 生存期 中继选择 调度算法 IEEE802.15.6

【摘要】：近年来随着智能硬件、人机交互和可穿戴设备等前沿技术的迅速发展，无线体域网作为物联网和上述技术的交叉领域得到了广泛的关注。无线体域网已经在医疗监护、军事、休闲娱乐、航空和体育等方面有了诸多应用，蕴含着广阔的商业前景和科研价值。但是，无论从理论研究还是技术实现层面都有很多瓶颈，为了推进无线体域网的发展很多问题亟待解决。针对无线体域网的低功耗、小型化和可移动性等特点，本文从理论研究出发以优化无线体域网的生存期为目标，从能效和可靠性两方面进行展开研究。 随着5G移动通信的研究进展，要求在高带宽信道上可以获得更高的数据速率，MIMO技术再度得到了广泛的关注。但是，无线体域网的传感器节点仅有单天线MIMO技术无法实现，协作通信技术成为新的解决方法。协作通信在传感器节点只有单一天线的情况下，通过传感器节点之间的合作实现空间分集。协作机制下传输可以节省无线体域网的能量消耗和提高网络的可靠性。本文基于无线体域网协作通信的关键技术进行展开研究，主要的研究工作如下： 第一，以优化无线体域网生存期和提高网络可靠性为目标，构建了无线体域网协作机制下网络模型和信道统计模型。研究了适合协作机制下无线体域网的最佳传输策略和信号合并方法。 第二，以最大化无线体域网的生存期为目标，研究了现有的能效指标函数，包括最大剩余能量模式、最优信道模式、最大最小模式和DPLM模式。在均衡可靠性的前提下，研究了直接传输和协作传输模式下基于误码率限制的功率控制机制。 第三，提出了以能效指标函数为衡量标准的能效中继选择算法，，通过仿真实验分别对400MHZ、2.4GHz和超宽带三种不同频段进行了仿真，仿真实验证明了在大多数应用场景中，DPLM模式的中继选择算法具有最优的网络生存期性能。 第四，进行了协作机制下分布式传输调度算法的设计，主要针对无线体域网的物理层、数据链路层和MAC层进行分布式设计。在物理层，提出在误码率限制下，基于M-PSK调制的最优功率分配策略；在数据链路层，提出分布式DPLM传输协议，协议考虑了信道状态信息和剩余能量信息；在媒体接入控制层，运用了基于IEEE802.15.6标准改进的两跳媒体接入控制协议。最后通过仿真实验证明了提出的分布式传输调度算法在保证体域网可靠性的前提下，最大化了无线体域网的生存期性能。 本文的主要工作为解决无线体域网的能效和可靠性问题提供了新的方法；提出的分布式传输调度算法进一步优化了无线体域网的生存期性能，对无线体域网的后续研究具有一定的借鉴价值。
【关键词】：无线体域网 协作通信 生存期 中继选择 调度算法 IEEE802.15.6
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 缩略词11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景及意义13-14
• 1.2 课题国内外研究现状14-19
• 1.2.1 国内外研究现状14-16
• 1.2.2 协作机制下传感器网络的研究现状16-18
• 1.2.3 目前存在的主要问题18-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-20
• 1.4 本文的组织结构安排20-21
• 第2章 无线体域网的相关技术21-33
• 2.1 无线体域网的定义和系统组成21-23
• 2.1.1 无线体域网的定义21-22
• 2.1.2 无线体域网的系统架构22-23
• 2.2 无线体域网的拓扑结构23-24
• 2.2.1 单跳星型拓扑结构23
• 2.2.2 IEEE802.15.6 两跳拓扑结构23-24
• 2.3 无线体域网的信道模型24-29
• 2.3.1 无线体域网的传输路径25-26
• 2.3.2 无线体域网的路径损耗模型26-27
• 2.3.3 无线体域网的信道统计模型27-29
• 2.4 无线体域网和无线传感器网络的区别29
• 2.5 无线体域网性能评价的关键指标29-32
• 2.5.1 无线体域网的网络生存期30-31
• 2.5.2 无线体域网的可靠性31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 协作通信相关技术33-43
• 3.1 协作通信的概念及模型介绍33-36
• 3.1.1 协作通信的概念及特点33-34
• 3.1.2 三节点两跳中继网络系统模型34-36
• 3.2 协作通信的传输策略36-39
• 3.2.1 放大转发传输策略36
• 3.2.2 解码转发传输策略36-38
• 3.2.3 编码协作传输策略38-39
• 3.3 协作通信的合并方法39-41
• 3.3.1 最佳选择合并方法39
• 3.3.2 等增益合并方法39-40
• 3.3.3 最大比合并方法40-41
• 3.4 协作通信中关键技术41
• 3.5 本章小节41-43
• 第4章 体域网中协作机制下中继选择算法研究43-59
• 4.1 IEEE802.15.6 标准下两跳协议的研究43-49
• 4.1.1 两跳 MAC 协议帧传输调度过程43-47
• 4.1.2 T-Polls 帧在两跳 MAC 协议的应用47
• 4.1.3 两跳 MAC 协议的调度分配过程47-49
• 4.2 基于无线体域网的能效中继选择算法研究49-51
• 4.2.1 能效指标函数的定义49
• 4.2.2 能效指标函数的设计49-51
• 4.3 中继选择算法设计和仿真实验分析51-58
• 4.3.1 中继选择算法设计51-52
• 4.3.2 仿真实验分析52-58
• 4.4 本章小节58-59
• 第5章 体域网中协作分布式传输调度算法设计59-75
• 5.1 无线体域网的网络模型和拓扑结构59-60
• 5.1.1 无线体域网的网络模型构建59-60
• 5.1.2 无线体域网的拓扑结构选取60
• 5.2 无线体域网的传输过程60-63
• 5.2.1 直接传输过程60-61
• 5.2.2 协作传输过程61-62
• 5.2.3 信道传输损耗模型62-63
• 5.3 无线体域网的功率控制63-65
• 5.3.1 基于 BER 限制下的直传功率控制63-64
• 5.3.2 基于 BER 限制下的协作功率分配64-65
• 5.4 无线体域网的协作分布式调度算法设计65-68
• 5.4.1 机会载波监听函数的设计65-66
• 5.4.2 IEEE 802.15.6 两跳 MAC 协议改进方案66-68
• 5.4.3 无线体域网的协作分布式调度算法设计68
• 5.5 仿真实验和结果分析68-74
• 5.5.1 不同传输模式下调度算法的结果分析69-71
• 5.5.2 不同调制方式下调度算法的结果分析71-73
• 5.5.3 不同功率分配算法的结果分析73-74
• 5.6 本章小节74-75
• 第6章 论文总结与展望75-77
• 6.1 论文总结75
• 6.2 研究展望75-77
• 参考文献77-85
• 导师及作者简介85-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：579961