林业物联网中联合功率控制的认知路由技术研究

发布时间：2017-06-06 16:11

  本文关键词：林业物联网中联合功率控制的认知路由技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络是林业物联网的基本组成部分,林业物联网在林业资源监管、林业灾害监控、生态监测等方面具有巨大应用潜力。随着林业领域对无线传感器网络具有高传输速率需求的不断增长,无线频谱资源的需求量与有限的频谱资源供给量差距越来越大。认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术是一种能够对频谱资源充分合理利用的新兴无线通信技术,可以感知授权网络空闲的频谱资源,在不对授权用户造成干扰的情况下机会式的利用授权频谱,提高授权频谱资源的利用率,是当前无线通信领域解决频谱资源紧缺的有效方案。认知无线传感器网络(Cognitive Radio Sensor Networks, CRSNs)是一种利用CR技术缓解频谱缺乏与提高网络吞吐量的无线传感器网络。路由技术是CRSNs的关键技术之一,是CRSNs通信的基础,同时,由于CRSNs具有频谱动态性、差异性以及多样性等特点,如何利用CRSNs中的频谱空穴提高网络吞吐量、服务质量是亟待研究的课题。本文从最小化中断概率和最小化干扰与能耗两个角度对CRSNs中的路由问题开展研究,主要工作如下：1)针对CRSNs中某一链路的SINR低于门限值时,将导致端到端路径中断的问题,以最小化路径的中断概率为目标,研究次用户节点总发射功率受限,以及次用户对主用户干扰功率受限的情况下,联合功率控制的路由与频谱分配策略。提出了基于遗传算法的联合功率控制的路由与频谱分配算法JPCRA。通过大量的仿真发现,提出的JPCRA算法能达到预定目标,构造的路径不仅具有较低的中断概率,而且有效地降低了对主用户节点的干扰功率。2)针对CRSNs下垫式(Underlay)频谱接入模型下,次用户节点对主用户干扰功率过高,以及次用户节点能量过早耗尽的问题,提出了基于粒子群优化算法的联合功率控制的路由与频谱分配算法PRSA,包括粒子编码与粒子初始化、适应度函数、粒子飞行,目标是：最小化次用户对主用户的干扰功率与延长网络生存时间。设计了包含信道与发射功率等级二元组的邻接矩阵粒子编码结构,以及重新定义了粒子的3种运算规则。仿真结果表明,PRSA能在最小化对主用户的干扰功率的同时,延长网络生存时间。
【关键词】：认知无线传感器网络 路由 功率 中断概率 干扰
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN925;S712
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 认知无线传感器网络简介10-15
• 1.2.1 认知无线电10-12
• 1.2.2 认知无线网络12
• 1.2.3 认知无线传感网络12-13
• 1.2.4 CRSNs关键技术13-15
• 1.3 路由技术的研究现状15-17
• 1.4 研究内容17-19
• 2 最小中断概率路由算法19-29
• 2.1 研究背景19-20
• 2.2 网络模型及问题描述20-22
• 2.2.1 网络模型20-21
• 2.2.2 问题描述21-22
• 2.3 联合功率控制的路由与频谱分配算法22-24
• 2.3.1 粒子编码23
• 2.3.2 初始化种群23
• 2.3.3 适应度函数23-24
• 2.3.4 选择、交叉和变异操作24
• 2.3.5 JPCRA算法24
• 2.4 仿真与结果24-28
• 2.4.1 端到端中断概率比较25-27
• 2.4.2 平均干扰功率比较27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 干扰和能耗有效的路由算法29-40
• 3.1 研究背景29-30
• 3.2 网络模型与问题描述30-33
• 3.2.1 网络模型30-31
• 3.2.2 问题描述31-33
• 3.3 基于PSO的联合功率路由算法33-36
• 3.3.1 粒子编码与初始化33-34
• 3.3.2 适应度函数34
• 3.3.3 粒子运算规则34-35
• 3.3.4 PRSA算法35-36
• 3.4 仿真与结果36-39
• 3.4.1 干扰功率比较36-38
• 3.4.2 生存时间比较38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 工作总结与展望40-42
• 4.1 工作总结40-41
• 4.2 下一步研究工作41-42
• 参考文献42-49
• 致谢49

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