無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）等資源受限網(wǎng)絡通常由大量發(fā)射功率及能量受限的分布式節(jié)點組成,這些節(jié)點通常通過多跳的方式向基站傳輸數(shù)據(jù)。然而,多跳通信將導致較高的路由開銷并增加了通信失敗的概率,進而降低了通信的可靠性。另外,能量受限也是WSN的顯著特點,提高節(jié)點能量效率至關重要。分布式協(xié)作波束成形是提升WSN能量效率的有效技術,傳感器節(jié)點可以組成虛擬陣列天線并利用協(xié)作波束成形形成高增益及高方向性的波束不經(jīng)多跳直接與基站通信。利用協(xié)作波束成形,不但可以降低通信時延,而且可以獲得能耗增益,延長網(wǎng)絡生存期。然而,由于WSN的節(jié)點通常是隨機分布的,所以位置誤差導致的方向圖惡化通常被認為是WSN協(xié)作波束成形面臨的主要問題。另外,組成虛擬天線陣列中的每一個節(jié)點的激勵電流是直接影響方向圖旁瓣性能的另一個重要因素,一組最優(yōu)化的激勵電流可以有效降低最大旁瓣電平并降低發(fā)射功率。由此可見,如何確定節(jié)點的最優(yōu)位置、最優(yōu)激勵電流進而降低最大旁瓣電平及節(jié)點能耗是分布式協(xié)作波束成形的關鍵問題。本文針對如何有效抑制協(xié)作波束成形的最大旁瓣電平和提升傳感器網(wǎng)絡能量效率這一核心問題開展了研究工作,主要貢獻與創(chuàng)新如下:1.陣列天線方向... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：155 頁

【文章類型】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 協(xié)作波束成形概述
        1.2.1 陣列天線
        1.2.2 波束成形
        1.2.3 分布式協(xié)作波束成形
    1.3 本文的研究內(nèi)容和主要貢獻與創(chuàng)新
    1.4 論文的結(jié)構安排
第二章 基于群智能優(yōu)化的陣列天線旁瓣抑制方法
    2.1 引言
    2.2 相關工作
    2.3 系統(tǒng)模型
        2.3.1 圓環(huán)陣列模型
        2.3.2 矩形陣列模型
    2.4 優(yōu)化問題建模
        2.4.1 圓環(huán)天線陣列方向圖優(yōu)化
        2.4.2 大規(guī)模天線陣列旁瓣電平優(yōu)化
        2.4.3 基于無線能量傳輸?shù)墓β史较驁D優(yōu)化
    2.5 優(yōu)化算法
        2.5.1 EBBO算法
        2.5.2 HCS算法
        2.5.3 BBOLS算法
    2.6 仿真與分析
        2.6.1 圓環(huán)陣列輻射方向圖優(yōu)化性能
        2.6.2 大規(guī)模平面陣列輻射方向圖優(yōu)化性能
        2.6.3 基于矩形天線陣列的功率方向圖優(yōu)化性能
    2.7 本章小結(jié)
第三章 基于虛擬直線陣列的節(jié)點選擇優(yōu)化方法
    3.1 引言
    3.2 相關工作
    3.3 系統(tǒng)模型
        3.3.1 網(wǎng)絡模型
        3.3.2 能量模型
        3.3.3 直線形天線陣列模型
        3.3.4 虛擬節(jié)點陣列模型
    3.4 能量有效的最大旁瓣電平抑制方法
        3.4.1 能量最優(yōu)組陣節(jié)點數(shù)量
        3.4.2 基于布谷鳥算法的激勵電流優(yōu)化方法
        3.4.3 節(jié)點選擇方法
    3.5 仿真與分析
        3.5.1 方向圖性能
        3.5.2 節(jié)點平均能耗
        3.5.3 平均通信時延
        3.5.4 能量最優(yōu)節(jié)點數(shù)量
    3.6 本章小結(jié)
第四章 基于虛擬圓環(huán)陣列的節(jié)點選擇優(yōu)化方法
    4.1 引言
    4.2 相關工作
    4.3 模型
        4.3.1 網(wǎng)絡模型與能量模型
        4.3.2 陣列模型
    4.4 節(jié)點選擇優(yōu)化算法NSOA
        4.4.1 能量最優(yōu)的組陣節(jié)點數(shù)量
        4.4.2 基于螢火蟲算法的激勵電流優(yōu)化
        4.4.3 最優(yōu)組陣節(jié)點選擇算法
        4.4.4 節(jié)點故障分析
    4.5 仿真與分析
        4.5.1 方向圖性能
        4.5.2 通信時延
        4.5.3 平均能耗
        4.5.4 死亡節(jié)點數(shù)
    4.6 討論
    4.7 本章小結(jié)
第五章 基于虛擬同心圓環(huán)陣列的組陣節(jié)點選擇優(yōu)化方法
    5.1 引言
    5.2 系統(tǒng)模型
        5.2.1 網(wǎng)絡模型與能耗模型
        5.2.2 同心圓環(huán)陣列模型
        5.2.3 虛擬節(jié)點天線陣列模型
    5.3 旁瓣及能耗聯(lián)合優(yōu)化算法SEOANS
        5.3.1 能量最優(yōu)的組陣節(jié)點數(shù)量
        5.3.2 組陣節(jié)點位置選擇優(yōu)化
        5.3.3 激勵電流優(yōu)化
        5.3.4 組陣節(jié)點選擇與優(yōu)化
    5.4 算法性能分析
        5.4.1 能耗分析
        5.4.2 通信開銷分析
        5.4.3 容錯性能分析
    5.5 仿真與分析
        5.5.1 輻射方向圖性能
        5.5.2 通信時延
        5.5.3 能量消耗
    5.6 本章小結(jié)
第六章 能量有效的協(xié)作波束成形最大旁瓣電平抑制方法
    6.1 引言
    6.2 問題描述
    6.3 集中式次優(yōu)策略
        6.3.1 優(yōu)化問題拆分
        6.3.2 IDCSA
        6.3.3 CHCSA
        6.3.4 基于IDCSA和CHCSA的協(xié)作波束成形優(yōu)化
        6.3.5 集中式策略運行機制
    6.4 協(xié)作分布式策略
        6.4.1 種群分發(fā)
        6.4.2 并行計算
        6.4.3 全局更新
        6.4.4 分布式策略運行機制
    6.5 仿真與分析
        6.5.1 參數(shù)調(diào)優(yōu)
        6.5.2 方向圖優(yōu)化
        6.5.3 算法穩(wěn)定性測試
        6.5.4 算法運行機制能量消耗
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
參考文獻
作者簡介及攻讀博士學位期間取得的科研成果
致謝


【參考文獻】：
[1]物聯(lián)網(wǎng)海量異構數(shù)據(jù)存儲與共享策略研究[J]. 田野,袁博,李廷力.  電子學報. 2016(02)
[2]無線傳感器網(wǎng)絡中能量有效的波束成形機制[J]. 秦智超,周正,趙小川.  通信學報. 2013(04)
[3]采用免疫遺傳的無線傳感器網(wǎng)絡波束成形機制[J]. 秦智超,周正,趙小川.  北京郵電大學學報. 2013(01)
[4]無線傳感器網(wǎng)絡的容量研究綜述[J]. 劉雨,望育梅,鄧輝.  計算機科學. 2006(04)

[1]無線傳感器網(wǎng)絡中的分布式發(fā)射波束形成技術的研究[D]. 胡瑞東.哈爾濱工業(yè)大學 2015

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本文編號：2894897