本文關(guān)鍵詞：基于體域網(wǎng)協(xié)作通信的關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 無線體域網(wǎng) 協(xié)作通信 生存期 中繼選擇 調(diào)度算法 IEEE802.15.6

【摘要】：近年來隨著智能硬件、人機(jī)交互和可穿戴設(shè)備等前沿技術(shù)的迅速發(fā)展，無線體域網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)和上述技術(shù)的交叉領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。無線體域網(wǎng)已經(jīng)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)、軍事、休閑娛樂、航空和體育等方面有了諸多應(yīng)用，蘊(yùn)含著廣闊的商業(yè)前景和科研價值。但是，無論從理論研究還是技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面都有很多瓶頸，為了推進(jìn)無線體域網(wǎng)的發(fā)展很多問題亟待解決。針對無線體域網(wǎng)的低功耗、小型化和可移動性等特點(diǎn)，本文從理論研究出發(fā)以優(yōu)化無線體域網(wǎng)的生存期為目標(biāo)，從能效和可靠性兩方面進(jìn)行展開研究。 隨著5G移動通信的研究進(jìn)展，要求在高帶寬信道上可以獲得更高的數(shù)據(jù)速率，MIMO技術(shù)再度得到了廣泛的關(guān)注。但是，無線體域網(wǎng)的傳感器節(jié)點(diǎn)僅有單天線MIMO技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)，協(xié)作通信技術(shù)成為新的解決方法。協(xié)作通信在傳感器節(jié)點(diǎn)只有單一天線的情況下，通過傳感器節(jié)點(diǎn)之間的合作實(shí)現(xiàn)空間分集。協(xié)作機(jī)制下傳輸可以節(jié)省無線體域網(wǎng)的能量消耗和提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。本文基于無線體域網(wǎng)協(xié)作通信的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展開研究，主要的研究工作如下： 第一，以優(yōu)化無線體域網(wǎng)生存期和提高網(wǎng)絡(luò)可靠性為目標(biāo)，構(gòu)建了無線體域網(wǎng)協(xié)作機(jī)制下網(wǎng)絡(luò)模型和信道統(tǒng)計(jì)模型。研究了適合協(xié)作機(jī)制下無線體域網(wǎng)的最佳傳輸策略和信號合并方法。 第二，以最大化無線體域網(wǎng)的生存期為目標(biāo)，研究了現(xiàn)有的能效指標(biāo)函數(shù)，包括最大剩余能量模式、最優(yōu)信道模式、最大最小模式和DPLM模式。在均衡可靠性的前提下，研究了直接傳輸和協(xié)作傳輸模式下基于誤碼率限制的功率控制機(jī)制。 第三，提出了以能效指標(biāo)函數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)的能效中繼選擇算法，，通過仿真實(shí)驗(yàn)分別對400MHZ、2.4GHz和超寬帶三種不同頻段進(jìn)行了仿真，仿真實(shí)驗(yàn)證明了在大多數(shù)應(yīng)用場景中，DPLM模式的中繼選擇算法具有最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)生存期性能。 第四，進(jìn)行了協(xié)作機(jī)制下分布式傳輸調(diào)度算法的設(shè)計(jì)，主要針對無線體域網(wǎng)的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和MAC層進(jìn)行分布式設(shè)計(jì)。在物理層，提出在誤碼率限制下，基于M-PSK調(diào)制的最優(yōu)功率分配策略；在數(shù)據(jù)鏈路層，提出分布式DPLM傳輸協(xié)議，協(xié)議考慮了信道狀態(tài)信息和剩余能量信息；在媒體接入控制層，運(yùn)用了基于IEEE802.15.6標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)的兩跳媒體接入控制協(xié)議。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了提出的分布式傳輸調(diào)度算法在保證體域網(wǎng)可靠性的前提下，最大化了無線體域網(wǎng)的生存期性能。 本文的主要工作為解決無線體域網(wǎng)的能效和可靠性問題提供了新的方法；提出的分布式傳輸調(diào)度算法進(jìn)一步優(yōu)化了無線體域網(wǎng)的生存期性能，對無線體域網(wǎng)的后續(xù)研究具有一定的借鑒價值。
【關(guān)鍵詞】：無線體域網(wǎng) 協(xié)作通信 生存期 中繼選擇 調(diào)度算法 IEEE802.15.6
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 縮略詞11-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 協(xié)作機(jī)制下傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 目前存在的主要問題18-19
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容19-20
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)安排20-21
• 第2章 無線體域網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)21-33
• 2.1 無線體域網(wǎng)的定義和系統(tǒng)組成21-23
• 2.1.1 無線體域網(wǎng)的定義21-22
• 2.1.2 無線體域網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)22-23
• 2.2 無線體域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.1 單跳星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23
• 2.2.2 IEEE802.15.6 兩跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)23-24
• 2.3 無線體域網(wǎng)的信道模型24-29
• 2.3.1 無線體域網(wǎng)的傳輸路徑25-26
• 2.3.2 無線體域網(wǎng)的路徑損耗模型26-27
• 2.3.3 無線體域網(wǎng)的信道統(tǒng)計(jì)模型27-29
• 2.4 無線體域網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別29
• 2.5 無線體域網(wǎng)性能評價的關(guān)鍵指標(biāo)29-32
• 2.5.1 無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)生存期30-31
• 2.5.2 無線體域網(wǎng)的可靠性31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 協(xié)作通信相關(guān)技術(shù)33-43
• 3.1 協(xié)作通信的概念及模型介紹33-36
• 3.1.1 協(xié)作通信的概念及特點(diǎn)33-34
• 3.1.2 三節(jié)點(diǎn)兩跳中繼網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型34-36
• 3.2 協(xié)作通信的傳輸策略36-39
• 3.2.1 放大轉(zhuǎn)發(fā)傳輸策略36
• 3.2.2 解碼轉(zhuǎn)發(fā)傳輸策略36-38
• 3.2.3 編碼協(xié)作傳輸策略38-39
• 3.3 協(xié)作通信的合并方法39-41
• 3.3.1 最佳選擇合并方法39
• 3.3.2 等增益合并方法39-40
• 3.3.3 最大比合并方法40-41
• 3.4 協(xié)作通信中關(guān)鍵技術(shù)41
• 3.5 本章小節(jié)41-43
• 第4章 體域網(wǎng)中協(xié)作機(jī)制下中繼選擇算法研究43-59
• 4.1 IEEE802.15.6 標(biāo)準(zhǔn)下兩跳協(xié)議的研究43-49
• 4.1.1 兩跳 MAC 協(xié)議幀傳輸調(diào)度過程43-47
• 4.1.2 T-Polls 幀在兩跳 MAC 協(xié)議的應(yīng)用47
• 4.1.3 兩跳 MAC 協(xié)議的調(diào)度分配過程47-49
• 4.2 基于無線體域網(wǎng)的能效中繼選擇算法研究49-51
• 4.2.1 能效指標(biāo)函數(shù)的定義49
• 4.2.2 能效指標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)49-51
• 4.3 中繼選擇算法設(shè)計(jì)和仿真實(shí)驗(yàn)分析51-58
• 4.3.1 中繼選擇算法設(shè)計(jì)51-52
• 4.3.2 仿真實(shí)驗(yàn)分析52-58
• 4.4 本章小節(jié)58-59
• 第5章 體域網(wǎng)中協(xié)作分布式傳輸調(diào)度算法設(shè)計(jì)59-75
• 5.1 無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)59-60
• 5.1.1 無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建59-60
• 5.1.2 無線體域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選取60
• 5.2 無線體域網(wǎng)的傳輸過程60-63
• 5.2.1 直接傳輸過程60-61
• 5.2.2 協(xié)作傳輸過程61-62
• 5.2.3 信道傳輸損耗模型62-63
• 5.3 無線體域網(wǎng)的功率控制63-65
• 5.3.1 基于 BER 限制下的直傳功率控制63-64
• 5.3.2 基于 BER 限制下的協(xié)作功率分配64-65
• 5.4 無線體域網(wǎng)的協(xié)作分布式調(diào)度算法設(shè)計(jì)65-68
• 5.4.1 機(jī)會載波監(jiān)聽函數(shù)的設(shè)計(jì)65-66
• 5.4.2 IEEE 802.15.6 兩跳 MAC 協(xié)議改進(jìn)方案66-68
• 5.4.3 無線體域網(wǎng)的協(xié)作分布式調(diào)度算法設(shè)計(jì)68
• 5.5 仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析68-74
• 5.5.1 不同傳輸模式下調(diào)度算法的結(jié)果分析69-71
• 5.5.2 不同調(diào)制方式下調(diào)度算法的結(jié)果分析71-73
• 5.5.3 不同功率分配算法的結(jié)果分析73-74
• 5.6 本章小節(jié)74-75
• 第6章 論文總結(jié)與展望75-77
• 6.1 論文總結(jié)75
• 6.2 研究展望75-77
• 參考文獻(xiàn)77-85
• 導(dǎo)師及作者簡介85-87
• 致謝87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：579961