基于排队Petri网的感知网节点能耗建模技术研究与实现

摘要

随着嵌入式技术和无线通信的快速发展,无线传感器网络及其应用广泛应用于军事、环境监测和医疗救灾等领域,人们对于其性能等要求也越来越高。一般网络部署节点众多,环境复杂,且由于传感器节点的特点,自身携带能量受限,容易因节点能量消耗殆尽而引起网络失效等问题,因此,如何高效的利用能量来尽可能减小能耗、延长传感器节点和网络的生存时间是当前无线传感器研究的核心问题之一。
　　然而当前的研究大多基于网络物理层、数据链路层和网络层等层次分别设计对应的能量高效协议或者针对节点和协议设计能量优化策略,通过节能技术以期获得最大的网络生存时间。但这类研究并未深入分析传感器能耗特征,也不能估计节点和网络具体的生存时间,以此对比分析网络协议、优化网络结构等。
　　通过对复杂网络环境和节点的分析,建立传感器节点的能耗模型,从而分析传感器节点和生存时间是针对能量问题的有效手段。能量建模其目的在于估算节点和网络的生存时间,预测节点和网络能耗及系统演化,根据其结果考察和比较各个优化策略,从而做出对于节点乃至全网的最优选择。
　　本文综合考虑节点的软硬件策略,基于事件驱动描述节点的事件、行为和状态,基于排队论和Petri网形式化的表述传感器节点,并采用排队Petri网建立节点能耗模型,从而提出能耗计算方法,为节点生存时间估计和能耗对比分析提供理论基础。模型综合考虑影响能耗的各类因素,包括硬件架构、软件策略、业务类型、拓扑协议和信道环境等,建立基于QPME的节点能耗模型,并分析评测各类因素对能耗的影响,估计生存时间,从而指导节点硬件架构设计和选型,为低功耗的拓扑协议等设计提供研究方向等。同时将本文建立的模型与其他模型仿真能耗和实际环境测试的能耗结果进行对比,从不同方面验证能耗模型的正确性和有效性。

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中文摘要

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

1.4本文结构

第2章 事件驱动的节点QPN模型描述

2.1节点的事件-行为-状态描述

2.2基于排队论和Petri网的节点能耗模型描述

2.3基于QPN的节点能耗模型描述

2.4能耗计算方法

2.5本章小结

第3章 基于QPN的节点能耗模型设计与实现

3.1建模工具介绍

3.2基于QPME的节点能耗模型设计与实现

3.3外部事件发生器

3.4本章小结

第4章 节点能耗模型的仿真、评测与对比

4.1能耗影响因素仿真评测

4.2节点生存时间分析

4.3模型对比验证

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢