本文關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下無線體域網(wǎng)高能效技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 無線體域網(wǎng) 媒體接入控制 關(guān)鍵幀 行走姿態(tài)

【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速演進(jìn),正在影響著人們生活的各個(gè)方面。無線體域網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要分支,其在個(gè)人健康、遠(yuǎn)程醫(yī)療、單兵裝備、身份識(shí)別以及航空航天領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。尤其是在個(gè)人健康方面,更加輕量化、小型化傳感器設(shè)備的出現(xiàn),使得將傳感器植入人體體內(nèi)的設(shè)想變?yōu)榭赡堋Ｄ壳?無線體域網(wǎng)仍處于發(fā)展初期,面臨一系列技術(shù)難題的同時(shí)更蘊(yùn)藏著巨大的商機(jī),也因此吸引著大批的學(xué)者及業(yè)界人士致力于無線體域網(wǎng)的研究工作。由于受到傳感器體積以及傳感器放置位置的限制,如何高能效地使用傳感器電池中的能量,是無線體域網(wǎng)重要研究方向之一。近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者從信源編碼、睡眠機(jī)制、媒體接入控制算法、路由算法等角度,對(duì)傳感器的能效問題進(jìn)行了研究,并取得了一系列突破性的成果。但是,大部分研究都假定人體處于靜止姿態(tài)(如站立或平躺),少有對(duì)人體處于運(yùn)動(dòng)姿態(tài)時(shí)的研究。當(dāng)人體處于靜止姿態(tài)時(shí),傳感器節(jié)點(diǎn)位置不發(fā)生變化,無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,易于算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),但算法在人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下具有局限性。因此,深入研究人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下的無線體域網(wǎng)高能效算法,具有重要的理論和實(shí)際意義。當(dāng)人體處于運(yùn)動(dòng)姿態(tài)時(shí),傳感器節(jié)點(diǎn)的位置以及無線體域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有動(dòng)態(tài)和時(shí)變特性。本文從無線體域網(wǎng)高能效技術(shù)中的協(xié)議設(shè)計(jì)入手,選取了人體勻速行走這一特定姿態(tài)進(jìn)行研究,旨在填補(bǔ)領(lǐng)域空白,并為日后更為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)研究打下基礎(chǔ)。本文的研究思路如下:首先,將人在一定時(shí)間內(nèi)勻速行走的過程看作是一段由連續(xù)幀組成的視頻;然后,借鑒視頻處理領(lǐng)域中關(guān)鍵幀的概念,去除這段視頻的冗余信息,選取特定的靜止姿態(tài)來代表人勻速行走這一過程;最后,將原有靜止姿態(tài)下的協(xié)議應(yīng)用于所選取的姿態(tài)。本文的主要工作如下:一、分析并仿真了現(xiàn)有的4種人體處于站立姿態(tài)下的高能效協(xié)議:完全保守協(xié)議、完全投機(jī)協(xié)議、最大最小協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)生存期最大化協(xié)議。指出了現(xiàn)有協(xié)議的不足之處,闡述了現(xiàn)有協(xié)議在人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下具有局限性的原因。二、將關(guān)鍵幀的思想應(yīng)用于無線體域網(wǎng),旨在解決人體處于運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下,網(wǎng)絡(luò)的能效問題。推導(dǎo)了姿態(tài)識(shí)別函數(shù)、姿態(tài)信息矩陣以及人行走姿態(tài)下路徑損耗模型,重新定義了無線體域網(wǎng)高能效函數(shù),并設(shè)計(jì)了適用于人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下的協(xié)議。三、分析了匯聚節(jié)點(diǎn)位置對(duì)無線體域網(wǎng)生存期的影響,推導(dǎo)出了匯聚節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)放置位置,并使用枚舉的方法對(duì)推導(dǎo)出的公式進(jìn)行了求解。四、提出了人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下,無線體域網(wǎng)高能效模型。該模型規(guī)范了匯聚節(jié)點(diǎn)的位置,并加入了睡眠機(jī)制以及本文提出的協(xié)議,最大程度地提高了傳感器節(jié)點(diǎn)的能量利用率。上述研究是對(duì)人體勻速行走這一特定姿態(tài)下無線體域網(wǎng)能效問題的探索,同時(shí)也為更為復(fù)雜的人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)相關(guān)問題的研究提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：無線體域網(wǎng) 媒體接入控制 關(guān)鍵幀 行走姿態(tài)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN92
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 本文主要研究思路及安排15-17
• 第2章 無線體域網(wǎng)概述17-31
• 2.1 無線體域網(wǎng)概念及其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 IEEE 802.15.6 MAC層標(biāo)準(zhǔn)18-22
• 2.2.1 MAC層幀結(jié)構(gòu)18-21
• 2.2.2 MAC層接入方式21-22
• 2.3 無線體域網(wǎng)信道22-24
• 2.3.1 信道特點(diǎn)描述23-24
• 2.3.2 體表信道模型24
• 2.4 無線體域網(wǎng)應(yīng)用及面臨的挑戰(zhàn)24-29
• 2.4.1 無線體域網(wǎng)應(yīng)用24-27
• 2.4.2 無線體域網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)27-29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第3章 人站立姿態(tài)下無線體域網(wǎng)高能效MAC協(xié)議31-41
• 3.1 無線體域網(wǎng)生存期定義31-32
• 3.2 高能效函數(shù)定義32-33
• 3.3 系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境33-34
• 3.4 高能效MAC協(xié)議仿真分析34-40
• 3.4.1 Pure Conservative協(xié)議34-36
• 3.4.2 Pure Opportunistic協(xié)議36-37
• 3.4.3 Max-Min協(xié)議37-38
• 3.4.4 DPLM協(xié)議38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 人行走姿態(tài)下無線體域網(wǎng)高能效MAC協(xié)議設(shè)計(jì)41-57
• 4.1 研究思路41-42
• 4.2 姿態(tài)選取假定與驗(yàn)證42-44
• 4.2.1 姿態(tài)選取的假定42-44
• 4.2.2 姿態(tài)選取驗(yàn)證44
• 4.3 姿態(tài)識(shí)別函數(shù)及姿態(tài)信息矩陣44-46
• 4.4 路徑損耗計(jì)算46-47
• 4.5 高能效函數(shù)改進(jìn)47
• 4.6 基于姿態(tài)信息的高能效MAC協(xié)議設(shè)計(jì)47-49
• 4.7 系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境49
• 4.8 仿真結(jié)果及分析49-55
• 4.9 本章小結(jié)55-57
• 第5章 基于最優(yōu)放置位置的無線體域網(wǎng)高能效協(xié)議設(shè)計(jì)57-69
• 5.1 匯聚節(jié)點(diǎn)放置位置對(duì)生存期的影響分析57-58
• 5.2 人行走姿態(tài)下無線體域網(wǎng)高能效模型58-59
• 5.3 匯聚節(jié)點(diǎn)放置位置推導(dǎo)59-61
• 5.4 匯聚節(jié)點(diǎn)最優(yōu)位置的求解61-62
• 5.5 系統(tǒng)模型及仿真環(huán)境62
• 5.6 仿真分析62-67
• 5.7 本章小結(jié)67-69
• 第6章 總結(jié)與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 導(dǎo)師及作者簡(jiǎn)介77-79
• 致謝79

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