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面向物联网的无线传感器网络节能技术研究

作者:2017-10-05 00:32:12阅读:文章来源:
无线传感器网络是一种自组网络,通过无线信道实现信息交互的网络,节点是网络的组成单元,节点因为构成自身的硬件和工作环境的特殊性,所以节点电池中的电量一直是影响传感器网络生命周期的重要因素,所以研究其电量消耗模型同时保证网络的可靠性,利用凸优化的方式,延长生命周期。本课题首先对节点的硬件构成进行说明,并对其工作时各部分能耗进行对比抓住主要方面,对于生命周期从新进行评估,并针对节点工作时能耗的主要方面进行实际测量。本课题发现在面向的应用场景为节点采集数据后向上传输,这一场景下的研究现状的多采用启发式算法,求解结果精度不能保证,且近似比无法进行精确取舍,优化的网络性能单一,无法满足不同的用户需求,如果发生用户需求改变时,网络无法灵活调整。或者部署环境发生改变时,网络也不能及时作出应对。为了解决些问题,通过研究建模将上述需求转换为通过使网络中节点流量均摊以达到提高网络可靠性与增加网络中叶节点数量的方式增长网络寿命的双重目标,通过加权的方式,引入绿色因子作为调控手段建立了一种可调的优化模型RES-WSN,因为模型为线性可解的所以结果精确度较高,计算复杂度较低。此模型较适用于较大规模的传感器网络中,能更好的提升网络性能。模型的实际部署依托于原生传感器RPL协议上的"多实例"部署思路,通过对DIO进行小部分拓展实现了模型的部署方案。本文通过仿真对模型中的绿色因子进行了多方面的实验,然后使用MATLAB等仿真工具搭建基础平台,借助这个工具对绿色因子不同的情况下进行仿真实验。根据仿真实验的真实数据,说明传感器网络在确保可靠性的同时是可以最大化的延长网络的生命周期。分析结果证明了设计模型在无线传感器网络上有效延长了网络的生命周期并能一定程度的保证网络的可靠性,并可以根据网络不同,需求不同,通过调节绿色因子的手段而改变。
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-8
  • 第一章 绪论8-16
  • 1.1 课题研究背景及意义8-10
  • 1.1.1 课题研究背景8-9
  • 1.1.2 研究目的和意义9-10
  • 1.2 国内外研究现状10-12
  • 1.3 课题研究内容12-13
  • 1.4 论文组织结构13-15
  • 1.5 本章小结15-16
  • 第二章 WSNS消耗能量的组成16-25
  • 2.1 无线传感器网络节点组成16-18
  • 2.2 主要影响消耗电量的原因18-24
  • 2.2.1 路由算法对能耗的影响19-22
  • 2.2.2 睡眠/唤醒机制对能耗的影响22
  • 2.2.3 数据融合对能耗的影响22-23
  • 2.2.4 能量补充机制对能耗的影响23-24
  • 2.3 本章小结24-25
  • 第三章 能耗与生命周期的评估和实测25-31
  • 3.1 网络生命周期的评估25-27
  • 3.2 能耗利用率的评估27-28
  • 3.3 节点能耗实测28-30
  • 3.4 本章小结30-31
  • 第四章 基于凸优化的网络模型31-36
  • 4.1 网络模型32-35
  • 4.2 模型相关算法35
  • 4.3 本章小结35-36
  • 第五章 RPL部署仿真设计与实现36-47
  • 5.1 RPL部署方法36-38
  • 5.2 仿真与实验38-46
  • 5.2.1 系统总能耗38-40
  • 5.2.2 绿色因子的影响40-43
  • 5.2.3 多种部署与配置方式的影响43-45
  • 5.2.4 直观变化情况45-46
  • 5.3 本章小结46-47
  • 第六章 结论与展望47-49
  • 6.1 总结47-48
  • 6.2 展望48-49
  • 参考文献49-52
  • 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文52-53
  • 致谢53

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