无线传感器网络节能和可靠性研究

【摘要】：无线传感器网络在许多不同的领域都提供应用支持。这因为一个简单的事实是它们可靠、灵活、易于部署且极具成本效益。出于其在民事和军事上的巨大潜力，近年来无线传感器网络取得了突飞猛进的发展。无线传感器网络的基本功能是在所覆盖的范围内收集信息。为达到灵活部署的要求，传感器节点通常是电池供电。此外，由于传感器网络任意部署的特性，电池更换比较困难。因此，传感器节点运行时间有限，整个传感器网络的运行时间也有限度。所以，能量效率是无线传感器网络的一个挑战。为提高无线传感器网络的性能，数据传输既要节能又要有效，这也是本文要讨论的重点。 首先，当优化网络性能时我们观察到两个冲突目标，即应用性能和网络生存周期。这两个问题的折衷可以转化为网络生存时间最大化问题和码率分配问题。然后，通过引入折衷系数将折衷问题用公式表示成约束凸优化问题。我们先在传输层解决这一问题，然后跨层考虑。应用拉格朗日对偶分解的方法，算法获得最优的折衷效果。最后，注意到传统节能的方法假设数据获得和处理能耗总是小于通信的能耗，但是这种假设不总是成立，基于这点提出了一种自适应频率采样算法在线优化传感器节点的采样频率。和传统固定频率采样对比，性能差别很小却可以减少了采样率，减少了能耗。 【关键词】：WSN 应用性能 合理码率分配 网络生存周期 自适应频率控制算法
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 无线传感器网络的基本原理10-11
• 1.2 无线传感器网络的基本功能和服务11-12
• 1.3 无线传感器网络面临的两个问题12-13
• 1.4 研究目的和主要工作13-14
• 1.5 论文章节安排14-15
• 1.6 本章小结15-16
• 2 无线传感器网络的基础知识16-21
• 2.1 无线传感器接节点16-18
• 2.2 无线传感器网络的相关问题18-20
• 2.2.1 网络生存周期最大化问题18
• 2.2.2 码率分配问题18-19
• 2.2.3 可靠数据传输19-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 无线传感器网络数据传输合理码率分配和生存周期折衷：码率控制问题21-44
• 3.1 码率控制介绍21-22
• 3.1.1 研究目的21-22
• 3.1.2 本章结构22
• 3.2 网络模型和问题公式化22-26
• 3.2.1 合理的码率分配问题24-25
• 3.2.2 网络生存周期最大化问题25-26
• 3.3 网络生存周期和合理码率分配的折衷26-27
• 3.4 部分分布式优化算法27-29
• 3.5 全分布近似算法29-33
• 3.6 性能评估33-42
• 3.7 本章小结42-44
• 4 无线传感器网络可靠数据传输码率-生存周期折衷：跨层设计方法44-61
• 4.1 方法介绍44
• 4.1.1 目的44
• 4.1.2 本章结构44
• 4.2 跨层建模和问题阐述44-49
• 4.2.1 双层网络构架44-46
• 4.2.2 基于竞争 MAC 协议和链路吞吐量46-47
• 4.2.3 能耗模型47-48
• 4.2.4 码率生存周期折衷：跨层角度48-49
• 4.3 部分分布式优化算法49-54
• 4.3.1 传输层码率控制问题51
• 4.3.2 MAC 层竞争解决问题51-52
• 4.3.3 跨层节能问题52-54
• 4.3.4 部分分布式算法实施54
• 4.4 全分布近似算法54-55
• 4.5 性能评估55-60
• 4.6 本章小结60-61
• 5 无线传感器网络能量有效自适应频率控制算法61-67
• 5.1 自适应采样算法61-63
• 5.2 仿真环境搭建63-66
• 5.2.1 传感器网络配置63-64
• 5.2.2 参数设置64-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 作者简历72-74
• 学位论文数据集74-75

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