无线感知网节点能耗建模及系统能耗评测的研究与设计

论文摘要

无线感知网具有自主性,不需要基础设备的支持,因此其在军事、工业、农业、医疗等方面得到了广泛的应用。但是其具有超大规模、无人值守和易受物理环境影响等特点,正是这些特点的存在,使得无线感知网中的节点存在诸多限制,如处理能力、发送距离有限、能量有限等,其中最主要的限制就是节点的能量。所以在无线感知网的应用中,如何建立节点的能耗模型,尽可能的减少节点的能量消耗和延长网络的生命周期成为了研究的热点。为了建立节点的能耗模型,通过分析无线感知网节点的体系结构,节点各功能模块的工作机理及与网络各层次之间的交互关系,理解耗能模块的能耗特性及节能策略,并在此基础上研究分析已有节点能耗模型的不足,提出一种更符合实际的无线感知网节点的能耗模型。在该模型中不仅考虑了各个状态下的能量消耗,还考虑了状态转换之间的能量消耗以及时间界定的问题。本文主要从软件方面对节点的能耗进行建模,提出了一种带时间界定的休眠机制,解决了频繁的状态转换比不进行转换消耗的能量多的问题。为了提高节点能量模型的通用性,本文采用了矩阵建模,且矩阵是动态的,可以根据不同的场景进行配置。本文采用NS2仿真软件,使用实际的数据处理模块和无线收发模块的参数进行了仿真,并将仿真结果与已有的能量模型进行了对比。仿真结果表明,本文所设计的节点能耗模型更能节省节点的能量,并与实际节点的能耗状况更吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 无线感知网节点的能耗
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 硬件方面的研究
• 1.2.2 软件方面的研究
• 1.3 本文组织结构
• 第2章 无线感知网节点能耗的研究
• 2.1 节点的整体能耗
• 2.2 无线收发模块的能耗
• 2.2.1 能耗特性
• 2.2.2 与网络中各个层次的关系
• 2.3 数据处理模块的能耗
• 2.3.1 能耗特性
• 2.3.2 与网络中各个层次的关系
• 2.4 降低单节点能耗相关技术
• 2.4.1 设计阶段
• 2.4.2 应用阶段
• 2.5 本章小结
• 第3章 无线感知网节点能耗模型的设计
• 3.1 时间界定的设计
• 3.2 无线收发模块能耗模型的设计
• 3.2.1 基于事件触发的转换模型
• 3.2.2 转换矩阵设计
• 3.2.3 能量模型
• 3.3 数据处理模块能耗模型的设计
• 3.3.1 基于事件触发的转换模型
• 3.3.2 转换矩阵设计
• 3.3.3 能耗模型
• 3.4 节点整体能耗模型的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 无线感知网节点能耗模型的实现
• 4.1 节点整体能耗模型的实现
• 4.1.1 时间界定的实现
• 4.1.2 无线收发模块能耗模型的实现
• 4.1.3 数据处理模块能耗模型的实现
• 4.1.4 节点整体能耗模型的实现
• 4.2 事件触发的节点能耗模型的应用
• 4.3 节点能耗模型在NS2 中的实现
• 4.4 本章小结
• 第5章 不同场景下的仿真结果及分析
• 5.1 仿真场景的介绍
• 5.2 时间界定与业务流量之间的关系
• 5.3 不同仿真场景下的结果分析
• 5.3.1 场景一分析
• 5.3.2 场景二分析
• 5.3.3 场景三分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢