本文關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化及數(shù)據(jù)通信研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《重慶大學(xué)》 2012年

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化及數(shù)據(jù)通信研究

李艷濤  

【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展為人類(lèi)的日常生活提供了極大的方便，尤其是一系列以人為中心的應(yīng)用，例如輔助生活、跌倒檢測(cè)和緊急響應(yīng)等。在這些應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗和數(shù)據(jù)通信是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。因此，本文對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量?jī)?yōu)化和數(shù)據(jù)包傳遞的底層行為的問(wèn)題以及無(wú)線通信變速編碼技術(shù)中的Hash算法設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)了研究。 本論文涉及到如下內(nèi)容： ①提出最優(yōu)數(shù)據(jù)包尺寸的方法來(lái)優(yōu)化異構(gòu)的身體傳感器網(wǎng)絡(luò)和WiFi(BSN-WiFi)網(wǎng)絡(luò)的通信能量消耗。首先詳細(xì)介紹了BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；然后分別分析了BSN和WiFi網(wǎng)絡(luò)的通信能量消耗，并建立一個(gè)BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)能量消耗的優(yōu)化模型，其約束條件為吞吐量和時(shí)延；進(jìn)一步，，將該模型轉(zhuǎn)化為一個(gè)幾何規(guī)劃(Geometric Programming, GP)問(wèn)題，并使用軟件工具cvx來(lái)求解；之后將求得的最優(yōu)解制成數(shù)據(jù)包尺寸查找表導(dǎo)入到聚合器上，使得其根據(jù)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)包傳遞率(PDR)自動(dòng)地選擇當(dāng)前最佳的數(shù)據(jù)包尺寸；最后，搭建一個(gè)BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)來(lái)評(píng)估能量?jī)?yōu)化模型。結(jié)果顯示，與固定數(shù)據(jù)包尺寸方法相比，最優(yōu)數(shù)據(jù)包尺寸法可以節(jié)省最多70%的能量。 ②提出聯(lián)合數(shù)據(jù)率適配的方法優(yōu)化BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)的通信能量消耗。首先將BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)抽象為連續(xù)的四個(gè)階段來(lái)理解；然后，分析BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)的通信能量消耗、吞吐量和時(shí)延，以及信噪比和數(shù)據(jù)傳遞率(SNR-PDR)映射。然后，建立能量?jī)?yōu)化模型來(lái)最小化BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，約束條件為SNR-PDR映射、吞吐量和時(shí)延。以SNR值為輸入，用cvx求解該模型得到最優(yōu)數(shù)據(jù)率并制成最優(yōu)數(shù)據(jù)率查找表做在線查找。最后，從一個(gè)特定的BSN-WiFi網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)收集了約20分鐘的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)測(cè)該模型。結(jié)果顯示，與固定數(shù)據(jù)率方法相比，最優(yōu)數(shù)據(jù)率法可以節(jié)省最多86%的能量。 ③提出了一個(gè)新穎的離散時(shí)間的Markov模型來(lái)模擬無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路的突發(fā)行為，讓研究者深入了解數(shù)據(jù)包傳遞的深層行為。具體地說(shuō)，首先建立一個(gè)離散時(shí)間的Markov模型，該模型的輸入為β值，輸出為突發(fā)流量的序列。然后，設(shè)計(jì)了一個(gè)算法來(lái)模擬Markov模型，該算法中狀態(tài)轉(zhuǎn)移代表數(shù)據(jù)包的接收或者丟失。最后，我們通過(guò)每次100萬(wàn)次的數(shù)據(jù)包傳遞，共100次的測(cè)試實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估該模型，結(jié)果顯示該模型能夠準(zhǔn)確地模擬無(wú)線鏈路的突發(fā)行為，模擬的β值和實(shí)際β值的標(biāo)準(zhǔn)差為0.0187。 ④提出兩種應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信變速編碼中的核心算法：基于函數(shù)查找表的Hash算法和基于細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的Hash算法。首先，提出一個(gè)新穎的基于動(dòng)態(tài)函數(shù)查找表的Hash算法：將分塊的信息轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的ASCII碼值，在函數(shù)查找表中查找等值的索引值，進(jìn)而找到相應(yīng)的復(fù)合函數(shù)。對(duì)每個(gè)信息塊來(lái)說(shuō)，四個(gè)存儲(chǔ)值將被相應(yīng)的復(fù)合函數(shù)重新賦值，然后函數(shù)查找表將動(dòng)態(tài)更新。當(dāng)所有的信息塊處理完后，最終的128比特Hash值將通過(guò)級(jí)聯(lián)最終四個(gè)存儲(chǔ)值而得到。其次，提出一個(gè)基于四維細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混沌Hash算法：將任意長(zhǎng)度的信息填充后以512比特為單位分割成塊，該512比特的塊然后分成128比特子塊，進(jìn)一步每個(gè)128比特的子塊再次分成四個(gè)32比特值，這四個(gè)值將通過(guò)混沌貓映射來(lái)生成四個(gè)新的值。這四個(gè)新值將與四個(gè)初始值或者之前的塊生成的四個(gè)值執(zhí)行異或操作，然后它們將作為細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入。經(jīng)過(guò)迭代細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前信息塊的Hash值將生成。所有生成的中間Hash值作為復(fù)合函數(shù)的輸入，最終生成128比特的Hash值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

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8 本報(bào)記者 閆冰;[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2007年

9 胡英;[N];計(jì)算機(jī)世界;2007年

10 ;[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2008年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李艷濤;無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化及數(shù)據(jù)通信研究[D];重慶大學(xué);2012年

2 黃浩軍;無(wú)線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中能量?jī)?yōu)化的路由協(xié)議研究[D];電子科技大學(xué);2012年

3 江海峰;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化路由算法研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2010年

4 談玲;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2013年

5 王穎鋒;嵌入式系統(tǒng)節(jié)能調(diào)度算法研究與設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2010年

6 張曉飛;船舶零航速減搖鰭建模與控制策略研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

7 羅玉宏;自組網(wǎng)中基于能量?jī)?yōu)化的路由算法研究[D];中南大學(xué);2006年

8 孫亭;基于節(jié)能的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制及算法研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2007年

9 陳娟;低功耗軟件優(yōu)化技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

10 易會(huì)戰(zhàn);低功耗技術(shù)研究—體系結(jié)構(gòu)和編譯優(yōu)化[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李洪峰;集群環(huán)境中基于能量?jī)?yōu)化的并行任務(wù)調(diào)度機(jī)制研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

2 王向東;基于能量?jī)?yōu)化的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究[D];山東師范大學(xué);2011年

3 耿軍濤;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量?jī)?yōu)化技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2007年

4 榮輝;計(jì)算機(jī)輔助造型設(shè)計(jì)中的車(chē)身表面光順技術(shù)[D];武漢理工大學(xué);2005年

5 管恩花;基于網(wǎng)格劃分的傳感器網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)航算法[D];中國(guó)海洋大學(xué);2005年

6 李濤;基于能量?jī)?yōu)化的ZigBee局部修復(fù)樹(shù)路由協(xié)議研究[D];山東大學(xué);2010年

7 吳英杰;基于能量?jī)?yōu)化的ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由算法仿真研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

8 于永輝;配體—受體相互作用與識(shí)別的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2003年

9 常紅娜;基于網(wǎng)絡(luò)編碼和能量?jī)?yōu)化的無(wú)線路由協(xié)議研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

10 詹雯;復(fù)雜曲面展開(kāi)技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

  本文關(guān)鍵詞：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)能量?jī)?yōu)化及數(shù)據(jù)通信研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：65070