基于资源分配的无线体域网生命周期优化研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huahua_yang
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近年来,无线传感器网络技术取得了巨大的进步,其应用逐渐覆盖生活各个方面,尤其是在医疗健康监控领域。无线体域网是由附着在人体体表或体内,用来采集不同人体生理信号的各种无线传感器节点和一个中心节点组成。传感器节点将采集到的生理数据传送到某个具备一定处理能力的中心节点上,然后通过移动网络将数据转发到医院的处理系统。由于节点体积小,电池能量有限,若节点电量消耗完,整个无线体域网就会有崩溃的风险,所以提高网络能量效率、最大化网络生命周期是无线体域网中的一个核心问题。本文针对无线体域网的特点,从资源分配的角度出发,基于实际生理信号,信道特性等对无线体域网进行生命周期最大化研究。建立基于资源分配的无线体域网生命周期优化模型并对其进行求解。本文开展的主要工作如下:第一,无线体域网系统模型构建。研究分析了包括无线体域网信源特性、网络拓扑结构、信道衰落模型、比特误码率和信噪比以及网络工作模式在内的系统模型,并选定了本文的研究背景。第二,静态条件下的无线体域网能耗优化模型的建立。以典型的无线体域网结构以及生理信号信号量为背景,从资源分配、时不变信道特性的角度出发,首先建立一帧内时间资源均匀分配仅优化功率的次优化模型,在此基础上,提出了一种同时对节点发射功率和一帧内时间资源优化分配的优化方案,建立静态条件下能量最小化的资源优化分配数学模型。这两个模型都可以看做是几何规划问题,从而可以作为凸优化问题解决。通过对这两个数学模型的仿真及分析得到结论:对资源进行合理的优化分配,网络能量效率可以达到最优。第三,动态条件下的无线体域网生命周期最大化模型的建立。在静态条件能耗最小化模型的基础上,结合信道时变的动态特性,建立动态条件生命周期最大化模型。通过多次训练,实现对节点能量的均衡分配,由模型的仿真及分析可得出:通过进行合理的优化设计,从统计意义上,采用本文的方法能够使得无线体域网系统在有限资源条件下达到最高的能量效率,延长无线体域网生命周期。
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