基于博弈論的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信道分配及節(jié)能優(yōu)化研究

【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是基于無(wú)線通信方式形成的多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其包含了大量傳感器節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)是微型廉價(jià)的并且功率消耗較低,適合部署在大規(guī)模觀測(cè)區(qū)域內(nèi),使得關(guān)于WSN的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。近年來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟,使得各種WSN的應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。在同一區(qū)域內(nèi)使用公共信道資源的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的增加,進(jìn)一步加劇了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信干擾。合理使用多信道分配技術(shù)能有效消除同信道干擾,是減少網(wǎng)絡(luò)通信干擾的必要手段。但是WSN節(jié)點(diǎn)能量有限,故而降低網(wǎng)絡(luò)能耗成為其首要任務(wù)。因此,研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道分配以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化對(duì)于推動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的應(yīng)用具有重要的理論和科學(xué)意義。本文具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究多信道分配、博弈論的相關(guān)基礎(chǔ),分析了現(xiàn)存多信道分配及功率控制算法的不足以及多種無(wú)線終端設(shè)備共存的環(huán)境,并介紹了節(jié)點(diǎn)能量與相鄰節(jié)點(diǎn)信道間隔對(duì)信道分配的影響,為WSN多信道分配算法以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。(2)針對(duì)同一地理區(qū)域無(wú)線設(shè)備增多加重WSN通信干擾問(wèn)題,利用多信道分配技術(shù),研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剩余能量對(duì)信道分配的影響,構(gòu)建基于博弈論多信道分配能量高效優(yōu)化模型,并基于該模型,給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配接收信道減少通信過(guò)程中的信道切換。設(shè)計(jì)了基于博弈論的多信道能量高效優(yōu)化算法,采用勢(shì)場(chǎng)博弈理論分析算法能夠收斂到納什均衡,并通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證了該算法能提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能、有效降低能量較小節(jié)點(diǎn)的干擾提升網(wǎng)絡(luò)能量效率。(3)針對(duì)無(wú)線通信的信道切換過(guò)程中較大的信道間隔將消耗更多能量問(wèn)題,將節(jié)點(diǎn)的信道間隔作為參數(shù),構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合功率和信道博弈模型,并利用勢(shì)場(chǎng)博弈證明了該模型納什均衡的存在性,在該模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合功率控制和信道分配優(yōu)化算法,理論分析和仿真結(jié)果表明,該算法在降低網(wǎng)絡(luò)干擾的基礎(chǔ)上降低了信道間隔,有效減少了信道切換過(guò)程中的能量消耗。 【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 信道分配 功率控制 博弈 信道間隔 中繼傳輸障礙
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述10-12
• 1.2 課題研究背景及意義12-13
• 1.3 課題研究現(xiàn)狀分析13-17
• 1.3.1 多種無(wú)線終端設(shè)備共存環(huán)境分析13-14
• 1.3.2 多信道分配及節(jié)能問(wèn)題研究現(xiàn)狀分析14-17
• 1.4 主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)安排17-18
• 第2章 基于博弈論的WSN多信道能效優(yōu)化模型18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 多信道分配系統(tǒng)模型研究18-25
• 2.2.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)干擾關(guān)系描述18-24
• 2.2.2 多信道分配與節(jié)點(diǎn)能量效率影響關(guān)系描述24-25
• 2.3 基于博弈論的WSN多信道能效優(yōu)化模型25-29
• 2.3.1 博弈模型建立25-27
• 2.3.2 模型特性分析27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 基于博弈論的WSN多信道能效優(yōu)化算法30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多信道節(jié)能優(yōu)化算法30-37
• 3.2.1 多信道能效優(yōu)化算法設(shè)計(jì)30-33
• 3.2.2 支持節(jié)點(diǎn)接收信道分配的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)信道切換設(shè)計(jì)33-34
• 3.2.3 算法特性分析與證明34-37
• 3.3 仿真實(shí)驗(yàn)與性能評(píng)價(jià)37-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 第4章 無(wú)線傳感器網(wǎng)路聯(lián)合功率與信道博弈模型44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合功率與信道博弈模型44-49
• 4.2.1 減少信道間隔降低切換能耗與多信道分配影響關(guān)系描述45
• 4.2.2 聯(lián)合功率控制與信道分配的意義研究45-46
• 4.2.3 博弈模型建立46-49
• 4.3 博弈模型特性分析49-52
• 4.4 本章小結(jié)52-53
• 第5章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合功率控制與信道分配優(yōu)化算法53-67
• 5.1 引言53
• 5.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合功率控制與信道分配優(yōu)化算法53-58
• 5.2.1 聯(lián)合功率控制與信道分配算法設(shè)計(jì)53-55
• 5.2.2 面向多種無(wú)線終端設(shè)備共存環(huán)境的算法優(yōu)化設(shè)計(jì)55-57
• 5.2.3 算法特性分析與證明57-58
• 5.3 實(shí)驗(yàn)仿真與性能分析58-65
• 5.3.1 信道間隔與干擾影響因子的實(shí)驗(yàn)仿真與分析58-60
• 5.3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建和信道分配情況分析60-61
• 5.3.3 網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)驗(yàn)仿真與分析61-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果75-76
• 致謝76-77
• 作者簡(jiǎn)介77

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