协作无线传感器监测网络中关于多中继选择策略的研究

发布时间：2017-05-26 12:17

  本文关键词：协作无线传感器监测网络中关于多中继选择策略的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：因为泥石流灾害具有流量大、流速快、毁坏力强等特点,导致一直以来对泥石流的监测都缺乏切合实际的方案。伴随着无线传感器技术的出现和发展,以其低成本、低功耗、快速响应等优点,为我们在泥石流临灾预警和监测方面提供了新的解决思路,泥石流临灾监测的无线传感器网络应运而生。然而在泥石流灾害爆发时,复杂的电磁环境和多变的信道条件导致了我们必须面临的关键问题——如何确保无线传感器网络数据的可靠传输、实现网络节点的能量负载均衡以期最大限度地延长网络的寿命。为了解决上述的关键问题,我们将协作通信技术应用于泥石流临灾监测的无线传感器网络中,并对三节点协作模型、含S-D链路协作模型和无S-D链路协作模型进行了深入探讨,同时对放大转发协议(AF)、解码转发协议(DF)、选择转发协议(SDF)和增量中继协议(IF)进行了研究,并在IF协议的基础上对多中继无线传感器网络模型、单中继无线传感器网络模型以及单信道直接传输信道模型进行了节点功耗和中断概率的对比分析,证明了多中继协作传输在泥石流临灾监测环境下具有独特的优势。但是上述协议都存在有共同的缺陷——相对于整个无线传感器监测网络来说,把中继链路或者传感器节点能耗以单独的部分进行分析和研究,而没有从整体上对网络的功耗以及节点的能量负载均衡进行把握。为此在基于IF协议的多中继协作模型下,我们提出一种依托多种网络性能指标并且基于联合预测的能量负载均衡多中继选择策略,并应用于泥石流临灾监测的无线传感器网络模型中,实现了提高网络的通信质量、节点能量负载均衡的目标。基于联合预测的能量负载均衡多中继选择策略的关键技术有:一、基于S-R信道的LQI和中继节点的剩余电量形成协作传输小组的雏形。二、利用马尔可夫预测方法计算出雏形协作传输小组的中断概率Pout,如果PoutPout-threshold那么就会把雏形协作传输小组作为最终确定传输信息的协作小组;否则,丢弃当前雏形协作传输小组并进行重新生成。三、整个基于联合预测的多中继选择策略以“轮询”的方式执行,直至整个多中继协作无线传感器监测网络生命的结束。通过实验得出,我们提出的基于联合预测的多中继选择策略使得监测网络的中断概率、误码率都有明显降低,并且能量的消耗能均匀的分布于所有的中继节点。
【关键词】：无线传感器网络 多中继协作 联合预测 可靠传输 能量负载均衡
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.23;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状及趋势10-11
• 1.3 论文的研究内容和结构安排11-13
• 第二章 无线传感器监测网络与协作通信技术13-25
• 2.1 无线传感器监测网络13-16
• 2.1.1 泥石流临灾监测系统的无线传感器监测网络结构13-14
• 2.1.2 监测节点的硬件结构14-15
• 2.1.3 无线传感网络的应用15-16
• 2.2 协作通信技术16-22
• 2.2.1 常见协作模型介绍16-18
• 2.2.2 基于中断概率的协作通信协议分析18-21
• 2.2.3 网络性能的评价指标21-22
• 2.3 协议仿真对比22-24
• 2.3.1 仿真目的和参数设置22-23
• 2.3.2 仿真结果与分析23-24
• 2.4 协作通信在无线传感器网络中的实践意义24-25
• 2.5 本章小结25
• 第三章 基于功耗和误码率的多中继协作监测网络分析25-33
• 3.1 硬件节点的能耗分析25-26
• 3.2 单信道的误码率分析26-28
• 3.2.1 双态Gilbert-Elliot信道模型26-27
• 3.2.2 误码率仿真实验27-28
• 3.3 单信道功耗分析28
• 3.4 多中继协作的功耗28-31
• 3.4.1 系统模型介绍28-29
• 3.4.2 功耗分析29-31
• 3.5 实验仿真31-32
• 3.6 总结32-33
• 第四章 基于联合预测的负载均衡多中继选择策略33-42
• 4.1 常见多中继协作策略概述33-34
• 4.2 马尔可夫预测方法34-35
• 4.2.1 基本模型34-35
• 4.2.2 基本概念35
• 4.3 负载均衡多中继选择策略的实现35-42
• 4.3.1 负载均衡多中继选择策略的基本原理35-36
• 4.3.2 负载均衡多中继选择策略的工作流程36-42
• 第五章 实验结果与分析42-46
• 第六章 总结与展望46-48
• 6.1 结论46-47
• 6.2 存在的问题和展望47-48
• 参考文献48-51
• 在学期间的成果51-52
• 致谢52

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