无线传感器网络节点剩余能量使用时间的研究

发布时间：2017-10-10 06:47

  本文关键词：无线传感器网络节点剩余能量使用时间的研究

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【摘要】：无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Network)因其分布式的环境感知能力,基于无线通信技术的简单灵活的部署方式而被广泛应用于多个领域,成为和日常生活紧密相关的部分。WSN由微小的传感器节点组成,这些节点既具有获取信息的功能也承担着网络中继的功能。在传输和处理信息的同时,传感器节点必须消耗能量,即使传感器节点是静止的,其有限的能量提供源也会发生变化。传感器节点能耗及能量供应持续时间将影响WSN的性能和可用性,对于传感器节点能耗及其剩余能量计算的研究就成为WSN领域最重要的研究课题之一。本文就WSN节点能耗和剩余能量使用时间进行研究,分析了WSN能耗特点、模型和相关理论,给出剩余能量计算方法并进行实证与仿真验证。主要工作包括:(1)分析了WSN体系结构,对节点能耗组成、能耗特点、影响能耗的因素通信模块的关键技术进行阐述,给出了基本能耗模型,主要包括:无线收发、电磁辐射、电子电路、状态转换、重传统计和启动能耗模型;(2)在节点能耗模型的基础上,给出了剩余能量使用时间计算方法,通过实测和仿真验证了模型和方法的有效性。通过搭建能耗测试的软硬件平台,完成了传感器节点供电电源的校正实验和WSN节点各个工作状态下能耗的测量,计算出无误传输单位比特所需的能耗值,进而计算出剩余能量使用时间;通过NS-2仿真实验,完成不同状态的配置、RM电池模型的添加及剩余能量使用时间的计算,,并将实测计算值与仿真结果进行对比验证。(3)对WSN节点复杂能耗场景进行研究,深入分析了重传机制对能耗的影响。主要研究了在快衰落和分组衰落情况下,混合自动重传请求(HARQ)中的简单混合自动重传请求(S-HARQ)和追赶合并(HARQ-CC)的差异性,分析了重传数据,推导出传输实验中的期望值表达式,且针对码率和信噪比的选择提出了优化方案。
【关键词】：无线传感器网络 低能耗 NS-2 剩余能量 HARQ
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外的研究现状11-15
• 1.2.1 传感器节点能耗硬件监测及理论模型11-12
• 1.2.2 WSN节点能耗仿真平台12-14
• 1.2.3 重传机制对传感器节点能耗的影响14-15
• 1.3 主要研究内容15
• 1.4 本文的主要工作和结构安排15-17
• 第2章 无线传感器网络节点能耗的研究17-24
• 2.1 无线传感器节点体系结构研究17-18
• 2.2 无线传感器节点的能耗组成及特点18-21
• 2.2.1 传感器节点的能耗组成18-20
• 2.2.2 传感器节点的能耗特点20-21
• 2.3 典型WSN网络的结构及能耗影响因素21-22
• 2.4 传感器节点能耗相关技术研究22-23
• 2.4.1 调制技术22-23
• 2.4.2 协作通信技术23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 WSN节点剩余能量使用时间计算方法24-52
• 3.1 传感器节点供电电源校正24-25
• 3.2 WSN节点能耗监测平台硬件设计25-28
• 3.2.1 总体设计性能需求26
• 3.2.2 测试方案26-28
• 3.3 数据测试及结果分析28-33
• 3.3.1 松下CR2032纽扣电池校正实验数据及分析28-30
• 3.3.2 传感器节点模块能耗测量数据及分析30-33
• 3.4 WSN节点能耗模型33-40
• 3.4.1 无线收发模块能耗模型34-37
• 3.4.2 传感器部分能耗模型37-38
• 3.4.3 无误传输单位比特的总能耗模型38-39
• 3.4.4 节点剩余能量使用时间计算方法39-40
• 3.5 NS-2 仿真实验40-51
• 3.5.1 节点能耗模型在NS-2 的实现40-45
• 3.5.2 不同仿真场景下的仿真结果及分析45-49
• 3.5.3 节点剩余能量使用时间的仿真49-51
• 3.6 本章小结51-52
• 第4章 WSN节点重传能耗研究52-66
• 4.1 重传对能耗的影响52-58
• 4.1.1 S-HARQ机制下的重传分析52-55
• 4.1.2 HARQ-CC机制下的重传分析55-58
• 4.2 重传相关能耗因素优化分析58-61
• 4.2.1 信噪比优化58-60
• 4.2.2 不同距离传输的定性优化分析60-61
• 4.3 HARQ-CC机制下BCH码和卷积码的能耗仿真61-65
• 4.4 本章小结65-66
• 第5章 结论与展望66-67
• 参考文献67-70
• 致谢逡逑70

【参考文献】

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本文编号：1004929