无线传感器网络节点能量管理策略研究

论文摘要

随着无线传感器网络应用领域的扩展,它的能耗问题越来越受到科研人员的关注,主要是由于构成无线传感器网络的微传感节点通常数目庞大、低成本、小体积以及应用环境的特殊性难以给微传感节点更换电源或者补充能量,而微传感节点自身携带的能量又非常有限,当网络中的微传感节点由于电能耗尽而死亡的数目达到一定程度时,整个网络系统就会退出运行状态。另外由于电池技术的发展速度比较缓慢,所以应该从无线传感器网络的各个方面出发研究新的、高效的能够降低微传感节点能耗的策略。本文首先对组成无线传感器网络中微传感节点的三个基本耗能单元以及几个重要的协议层进行了深入的研究,其中包括微传感节点的基本组成单元及其工作方式以及物理层、数据链路层、网络层的节能方法,另外还给出了微传感节点的两个主要耗能单元的能耗模型。其次从无线传感器网络的节点级出发专门针对微传感节点的信息传输单元和信息处理单元分别研究了动态调制调节策略和动态电压调度策略,接着针对整个微传感节点系统深入研究了动态功耗管理策略,给出了动态功耗管理策略中常用的几种策略模型以及微传感节点状态划分的方法、设置各低能耗状态最小时间阀值的方法和状态转换时所用的策略,随后提出了基于灰色模型的无线传感器网络动态功耗管理策略,通过灰色模型对微传感节点即将到来的空闲时间长度进行准确的预测,实现提前控制微传感节点进入最合适的低能耗状态避免传统超时策略由于等待超时阀值而消耗多余的能量,仿真结果显示本文所提出的基于灰色模型的无线传感器网络动态功耗管理策略在节能方面明显优于传统的基于超时策略的动态功耗管理策略。另外还对本文提出的灰色预测模型与现有的几种常用在动态功耗管理策略中的预测算法就预测准确性方面进行了比较,验证了本文预测算法的有效性。最后将动态调制调节策略与动态功耗管理策略相结合并融入延迟调度理论的思想设计了一种专门降低微传感节点信息传输单元能耗的双效能量管理策略。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 动态功耗管理（DPM）策略研究现状
• 1.2.2 动态电压调度（DVS）策略研究现状
• 1.2.3 动态调制调节（DMS）策略研究现状
• 1.3 本文的工作
• 第二章 无线传感器网络能量管理策略研究
• 2.1 概述
• 2.2 无线传感器网络能耗源分析
• 2.2.1 无线传感器网络能耗分布
• 2.2.2 微传感节点各个能耗源模型
• 2.3 无线传感器网络节点级能量管理策略
• 2.3.1 动态电压调度（DVS）策略
• 2.3.2 动态调制调节（DMS）策略
• 2.4 无线传感器网络级能量管理策略
• 2.4.1 物理层能量管理策略
• 2.4.2 数据链路层能量管理策略
• 2.4.3 网络层能量管理策略
• 2.4.4 基于跨层设计的能量管理策略
• 2.5 本章小结
• 第三章 动态功耗管理（DPM）策略
• 3.1 基本原理
• 3.2 主要算法
• 3.2.1 超时策略
• 3.2.2 预测策略
• 3.2.3 随机策略
• 3.3 微传感节点工作状态的划分
• 3.4 微传感节点阀值时间的确定
• 3.5 微传感节点的唤醒策略
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于灰色模型的无线传感器网络动态功耗管理策略
• 4.1 概述
• 4.2 灰色模型
• 4.2.1 灰色系统模型概述
• 4.2.2 灰色预测模型
• 4.3 网络事件发生模型
• 4.4 基于灰色模型的动态功耗管理策略
• 4.4.1 基于灰色模型的动态功耗管理算法设计
• 4.4.2 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于实时任务的双效能量管理策略研究
• 5.1 概述
• 5.2 系统模型
• 5.2.1 信息传输单元传输能耗模型
• 5.2.2 实时通信模型
• 5.3 短距离信息传输能量管理算法设计
• 5.4 仿真结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的成果