基于无线体域网的能量效率优化方法研究

摘要

近年来，随着科技的发展，无线传感器网络技术得到了飞速迅猛的发展，其应用已经渐渐涉及到各种领域。应用在医疗健康监护领域的无线体域网是其中的一种重要的应用，并且受到人们越来越多的关注。无线体域网是由附着在人体上的用来采集人体生理信号的传感器节点和一个控制节点组成。人体上各个传感器节点将采集到的数据传送到某个具备一定处理能力的控制节点，如个人数字助理、手机等，然后通过移动网络将数据转发到医院的处理系统。无线体域网中的传感器节点的能量极其受限，所以提高网络的能量效率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，对无线体域网进行了研究。建立了无线体域网资源优化分配数学模型并对其进行了求解。本文开展的主要工作如下：
　　第一，无线体域网系统模型的研究。对包括无线体域网网络拓扑结构、信道衰落模型、网络工作模式在内的系统模型进行了研究和分析，并选定了本文研究的背景。同时，对凸优化问题及其求解工具CVX进行了简要的介绍。
　　第二，无线体域网全局能耗最小化模型的建立。以典型的无线体域网结构和医疗监测业务的传输特性为背景，从资源分配的角度出发，首先对无线体域网的节点发射功率进行了优化分配，建立了一种一帧内时间资源均匀分配情况下优化发射功率的模型。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方案，并建立了相应的全局能量最小化的资源优化分配数学模型这两个模型都可以转化为几何规划，从而存在最优解。通过对这两个模型的仿真分析可知：对资源进行合理的优化分配时，网络能耗可以达到最优。
　　第三，无线体域网生命周期最大化模型的建立。在全局能耗最小化模型的基础上，结合无线体域网的业务特点建立了生命周期最大化模型。并对该模型是否为凸优化问题进行了证明，最后通过生命周期最大化模型的仿真得出：当进行合理的优化设计，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。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及来源

1.2 课题研究的目的及意义

1.3 无线体域网的国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 无线体域网系统模型

2.1 引言

2.2 无线体域网的拓扑结构

2.3 无线体域网的信道衰落模型

2.4 无线体域网的工作模式

2.5 凸优化理论

2.4 本章小结

第3章 无线体域网全局能耗最小化模型

3.1 引言

3.2 全局能耗最优化模型的建立

3.3 全局能耗最小化模型的性能仿真

3.4 本章小结

第4章 无线体域网生命周期最大化模型

4.1 引言

4.2 生命周期最大化模型的建立

4.3 无线体域网生命周期最大化模型的性能仿真

4.4 三种模型性能比较

4.5本章小结

结论

攻读硕士期间发表的学术论文

参考文献

声明

致谢