本文選題：無(wú)線體域網(wǎng) + 能量效率��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：近年來(lái),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步,其應(yīng)用逐漸覆蓋生活各個(gè)方面,尤其是在醫(yī)療健康監(jiān)控領(lǐng)域。無(wú)線體域網(wǎng)是由附著在人體體表或體內(nèi),用來(lái)采集不同人體生理信號(hào)的各種無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)組成。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的生理數(shù)據(jù)傳送到某個(gè)具備一定處理能力的中心節(jié)點(diǎn)上,然后通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到醫(yī)院的處理系統(tǒng)。由于節(jié)點(diǎn)體積小,電池能量有限,若節(jié)點(diǎn)電量消耗完,整個(gè)無(wú)線體域網(wǎng)就會(huì)有崩潰的風(fēng)險(xiǎn),所以提高網(wǎng)絡(luò)能量效率、最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期是無(wú)線體域網(wǎng)中的一個(gè)核心問(wèn)題。本文針對(duì)無(wú)線體域網(wǎng)的特點(diǎn),從資源分配的角度出發(fā),基于實(shí)際生理信號(hào),信道特性等對(duì)無(wú)線體域網(wǎng)進(jìn)行生命周期最大化研究。建立基于資源分配的無(wú)線體域網(wǎng)生命周期優(yōu)化模型并對(duì)其進(jìn)行求解。本文開(kāi)展的主要工作如下:第一,無(wú)線體域網(wǎng)系統(tǒng)模型構(gòu)建。研究分析了包括無(wú)線體域網(wǎng)信源特性、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、信道衰落模型、比特誤碼率和信噪比以及網(wǎng)絡(luò)工作模式在內(nèi)的系統(tǒng)模型,并選定了本文的研究背景。第二,靜態(tài)條件下的無(wú)線體域網(wǎng)能耗優(yōu)化模型的建立。以典型的無(wú)線體域網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及生理信號(hào)信號(hào)量為背景,從資源分配、時(shí)不變信道特性的角度出發(fā),首先建立一幀內(nèi)時(shí)間資源均勻分配僅優(yōu)化功率的次優(yōu)化模型,在此基礎(chǔ)上,提出了一種同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率和一幀內(nèi)時(shí)間資源優(yōu)化分配的優(yōu)化方案,建立靜態(tài)條件下能量最小化的資源優(yōu)化分配數(shù)學(xué)模型。這兩個(gè)模型都可以看做是幾何規(guī)劃問(wèn)題,從而可以作為凸優(yōu)化問(wèn)題解決。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)數(shù)學(xué)模型的仿真及分析得到結(jié)論:對(duì)資源進(jìn)行合理的優(yōu)化分配,網(wǎng)絡(luò)能量效率可以達(dá)到最優(yōu)。第三,動(dòng)態(tài)條件下的無(wú)線體域網(wǎng)生命周期最大化模型的建立。在靜態(tài)條件能耗最小化模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合信道時(shí)變的動(dòng)態(tài)特性,建立動(dòng)態(tài)條件生命周期最大化模型。通過(guò)多次訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)能量的均衡分配,由模型的仿真及分析可得出:通過(guò)進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì),從統(tǒng)計(jì)意義上,采用本文的方法能夠使得無(wú)線體域網(wǎng)系統(tǒng)在有限資源條件下達(dá)到最高的能量效率,延長(zhǎng)無(wú)線體域網(wǎng)生命周期。
[Abstract]:In recent years, wireless sensor network (WSN) technology has made great progress, its application gradually covers all aspects of life, especially in the field of medical and health monitoring. Wireless body area network is composed of various wireless sensor nodes and a central node attached to human body surface or body and used to collect different physiological signals of human body. The sensor node transmits the collected physiological data to a central node with certain processing capability, and then forwards the data to the hospital processing system through the mobile network. Because the node is small and the battery energy is limited, if the node energy consumption is exhausted, the whole wireless body area network will collapse, so improving the network energy efficiency and maximizing the network life cycle is a core problem in the wireless body area network. In view of the characteristics of wireless body-area network, this paper studies the lifetime maximization of wireless body-area network based on actual physiological signals and channel characteristics from the point of view of resource allocation. The life cycle optimization model of wireless body-area network based on resource allocation is established and solved. The main work of this paper is as follows: first, the system model of wireless body area network (WLAN) is constructed. The system models including wireless bulk area network source characteristics, network topology, channel fading model, bit error rate (BER) and signal-to-noise ratio (SNR) and network operation mode are analyzed, and the research background of this paper is selected. Secondly, the energy consumption optimization model of wireless body area network under static condition is established. Based on the typical wireless body area network structure and physiological semaphore, from the point of view of resource allocation and time-invariant channel characteristics, a sub-optimal model for uniform allocation of time resources within a frame with only optimized power is established. An optimal allocation scheme for both transmit power and time resources within a frame is proposed, and a mathematical model of optimal allocation of energy under static conditions is established. These two models can be regarded as geometric programming problems, which can be solved as convex optimization problems. Through the simulation and analysis of the two mathematical models, it is concluded that the energy efficiency of the network can be optimized by rational allocation of resources. Thirdly, the establishment of the life cycle maximization model of wireless body-area networks under dynamic conditions. Based on the static condition energy consumption minimization model and the time-varying dynamic characteristics of the channel, the dynamic condition life cycle maximization model is established. Through multiple training, the balanced distribution of node energy can be realized. From the simulation and analysis of the model, it can be concluded that through the reasonable optimization design, from the statistical significance, The proposed method can make the wireless body-area network system achieve the highest energy efficiency under the condition of limited resources and prolong the wireless body area network life cycle.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9

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本文編號(hào)：1866285