无线体域网生存期与节点运动模型研究

论文摘要

近年来,随着无线通信技术、传感器技术和计算机技术的发展,无线体域网在诸多应用领域特别是医疗领域取得了广泛应用。无线体域网是由低成本、低功耗、具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的微型传感器节点通过自组织方式形成的以监控人体状况的无线传感器网络。由于传感器节点能量受限,降低网络能量消耗、延长网络生存期成为了WBAN设计中首要的目标。人体运动的特点决定了无线体域网网络拓扑易变,如何提高网络连通性、平衡网络能量消耗是WBAN设计中另外一个核心问题。网络生存期取决于单个节点生存时间与整个网络能量消耗的平衡性,其中网络能量消耗的平衡性更为重要,基于这个思想,本文提出了无线体域网最大化网络生存期的一般模型。由于实际应用中,网络内经常会出现短暂存在的节点,在完成应急性的任务后,还有相对丰富的富余能量尚未用完,我们称这种节点为临时节点。如果能充分利用临时节点的富余能量,平衡网络能量消耗,则可以很明显地延长网络生存期。根据此情况,本文提出了一种基于临时节点的延长网络生存期算法,仿真结果表明该算法对延长网络生存期有着很好的效果。网络拓扑结构决定了连通性等网络基本特性,网络节点运动模型对研究网络拓扑变化有着重要的意义。由于人体的运动有着不同于其他事物运动的规律,无线体域网的动态拓扑变化必然与其他无线传感器网络拓扑变化有很大不同。因此,本文从人体运动模型出发,结合人体运动规律,研究了无线体域网节点运动模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表目录
• 缩略语
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本课题研究的意义
• 1.3 本课题研究的主要贡献
• 1.4 本文内容和组织结构
• 第二章 无线体域网基本概念
• 2.1 无线体域网体系结构
• 2.1.1 网络结构
• 2.1.2 网络拓扑结构
• 2.1.3 网络协议体系结构
• 2.1.4 传感器节点能耗结构
• 2.2 无线体域网主要特征
• 2.2.1 无线网络分类
• 2.2.2 与现有无线网络的区别
• 2.2.3 信道模型
• 2.2.4 无线体域网主要特点
• 2.3 应用领域
• 2.4 无线体域网研究重点
• 2.5 本章小结
• 第三章 最大化无线体域网生存期优化模型
• 3.1 引言
• 3.2 无线体域网生存期基本概念
• 3.2.1 生存期问题的含义
• 3.2.2 生存期问题的度量
• 3.2.3 影响生存期的主要因素
• 3.2.4 生存期优化相关模型
• 3.3 最大化无线体域网生存期优化模型
• 3.3.1 模型采用的网拓扑结构
• 3.3.2 路由模型
• 3.3.3 数据融合模型
• 3.3.4 节点功耗模型
• 3.3.5 最大化无线体域网生存期优化模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于临时节点的延长无线体域网生存期算法
• 4.1 研究背景
• 4.2 问题分析
• 4.3 RSUTN 算法
• 4.3.1 算法相关假设
• 4.3.2 算法应用场景与相关定义
• 4.3.3 临时节点位置配置机制
• 4.3.4 算法设计与描述
• 4.4 RSUTN 理论分析与推导
• 4.4.1 模型提出
• 4.4.2 凸优化问题
• 4.4.3 分布式算法
• 4.5 RSUTN 仿真结果与性能分析
• 4.5.1 仿真模型
• 4.5.2 分布式算法仿真结果
• 4.5.3 参数对优化目标的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 无线体域网节点运动模型研究
• 5.1 引言
• 5.2 常见的物体运动模型
• 5.3 无线体域网节点运动模型
• 5.3.1 无线体域网动态网络特点
• 5.3.2 无线体域网节点运动模型
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期完成的论文和专利
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书