【摘要】：隨著“工業(yè)4.0時(shí)代”的到來,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日趨成熟,逐步將“世界萬物”與網(wǎng)絡(luò)相連變成了現(xiàn)實(shí)。物聯(lián)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)需要將感知數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸出去,在實(shí)際應(yīng)用中由于節(jié)點(diǎn)體積大小和能量受限等因素影響,低功耗無線傳輸技術(shù)在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,其數(shù)據(jù)交換的效率時(shí)刻影響著整個(gè)系統(tǒng)的傳輸性能。因此,如何進(jìn)一步提高物聯(lián)網(wǎng)中低功耗無線傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換效率尤為重要。本文以提高無線傳輸系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交換效率為主要研究內(nèi)容,主要工作如下:(1)提出了一種基于并行解碼的被動(dòng)式節(jié)點(diǎn)上行數(shù)據(jù)收集方法。針對(duì)多節(jié)點(diǎn)部署場景,單時(shí)隙通信效率低下的問題,采用并行傳輸能夠提高數(shù)據(jù)收集效率。現(xiàn)有方法中節(jié)點(diǎn)采用幅移鍵控的調(diào)制方式,其抗干擾性差,接收器解碼需要依賴穩(wěn)定的信道系數(shù)。本文對(duì)節(jié)點(diǎn)的調(diào)制方式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),采用抗干擾性更強(qiáng)的相移鍵控調(diào)制方式,接收器將節(jié)點(diǎn)信息映射到星座域中,根據(jù)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)結(jié)合簇的序列特征對(duì)節(jié)點(diǎn)并行解碼。本文采用相移鍵控調(diào)制的節(jié)點(diǎn)相比于采用幅移鍵控調(diào)制的節(jié)點(diǎn)在星座域中分簇更加明顯,與現(xiàn)有方法相比,該協(xié)議提高了被動(dòng)式節(jié)點(diǎn)并行傳輸解碼的正確率。(2)設(shè)計(jì)了一種基于鏈路特征感知的被動(dòng)式節(jié)點(diǎn)下行數(shù)據(jù)反饋協(xié)議。現(xiàn)有數(shù)據(jù)反饋協(xié)議中,接收器只能與單個(gè)節(jié)點(diǎn)物理連接執(zhí)行數(shù)據(jù)反饋,如果對(duì)于單位區(qū)域內(nèi)多個(gè)節(jié)點(diǎn)都執(zhí)行相同的反饋分發(fā)數(shù)據(jù),依然需要接收器逐個(gè)與節(jié)點(diǎn)通信,導(dǎo)致通信效率低下。處于接收器天線覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)能夠接收到來自于接收器的消息,但是,由于節(jié)點(diǎn)遵循現(xiàn)有協(xié)議無法直接回復(fù)接收器。本文考慮了接收器組播式分發(fā)數(shù)據(jù)到多個(gè)節(jié)點(diǎn)的場景,提出了一種基于鏈路特征感知的數(shù)據(jù)反饋協(xié)議。本協(xié)議將被動(dòng)式節(jié)點(diǎn)的充電效率和鏈路質(zhì)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo),接收器根據(jù)鏈路特征選擇合適的節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)與其正常通信,其他節(jié)點(diǎn)作為從節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽主節(jié)點(diǎn)與接收器的通信過程,該協(xié)議能夠有效降低節(jié)點(diǎn)充電冗余,提高節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)分發(fā)反饋效率。(3)提出了一種基于沖突容忍的主動(dòng)式節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。在低功耗無線傳輸系統(tǒng)中,現(xiàn)有的數(shù)據(jù)聚合遵循載波偵聽多路訪問協(xié)議,該協(xié)議規(guī)定當(dāng)發(fā)送節(jié)點(diǎn)檢測到信道被占用時(shí),發(fā)送節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇退避機(jī)制保守等待來減少節(jié)點(diǎn)之間的信道競爭。然而,在大規(guī)模節(jié)點(diǎn)部署場景下,節(jié)點(diǎn)之間頻繁的競爭信道且采用退避原則會(huì)大幅度增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延,導(dǎo)致整個(gè)傳輸系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)地收集節(jié)點(diǎn)的感知信息。不同于傳統(tǒng)的退避協(xié)議,本文提出了一種沖突容忍的并發(fā)傳輸主動(dòng)式節(jié)點(diǎn)多跳聚合數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,通過調(diào)節(jié)競爭節(jié)點(diǎn)的并發(fā)傳輸概率,降低了節(jié)點(diǎn)之間的惡性競爭,使其處于競爭的紅利區(qū)間,該方法能夠有效地減少節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)包的延遲,進(jìn)而提高系統(tǒng)的信道利用率。(4)設(shè)計(jì)了一種低功耗無線傳輸?shù)男袨楦兄到y(tǒng)�，F(xiàn)有行為感知系統(tǒng)多數(shù)采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來分析和處理數(shù)據(jù),為了獲得較高的處理精度,需要相對(duì)多的訓(xùn)練集。然而,通常情況下數(shù)據(jù)訓(xùn)練集有限,這極大地影響了采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法行為感知系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。針對(duì)數(shù)據(jù)訓(xùn)練集有限的情況下,本文設(shè)計(jì)了一種基于高階累積量的行為感知系統(tǒng),不僅從理論上分析了所提出方法的有效性,而且通過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有良好的性能,同時(shí)該系統(tǒng)能夠兼容現(xiàn)有商用接收器,具有廣闊的使用價(jià)值和實(shí)際意義。
【圖文】：

圖 2-1 GreenOrbs_Telosb 主動(dòng)節(jié)點(diǎn)Fig.2-1 GreenOrbs_Telosb active nose操作系統(tǒng)為 TinyOS[101]，使用兩節(jié) AA 電池進(jìn)行供電，信芯片為 CC2420，支持 2.4GHz 無線電通信，能夠?qū)崿F(xiàn)

WISP被動(dòng)節(jié)點(diǎn)Fig.2-2ThepassivenodeofWISP
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5;TP391.44

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本文編號(hào)：2606297