无线传感网络的时延感知跨层优化

摘要

无线传感网络近年来获得全球范围内越来越多的关注，尤其是随着微机电系统（MEMS）技术的扩散，智能传感器得到了快速的发展。这些传感器节点能够感知，测量并且从周围环境中收集到有效的信息，并经过一些局部的决策处理后自主地向用户或其他中继传感器传输感知到的数据。在实际应用当中，无线传感器网络的通信时延约束是网络QoS评价标准中非常重要的一项性能指标。无线网络理论研究中存在许多关于时延感知资源控制的方法。目前，越来越多的研究者倾向于开展多跳无线网络中的队列时延理论研究，然而，依然只有很少的研究者投入于最差时延保障相关的理论研究当中。此外，由于无线传网络中的传感器节点在很多情况下都只通过能量有限的电池进行供电，有时电池中的电量无法满足传感器节点在进行操作时所需要的能量消耗。因此，联合考虑外部能源供电与传感器自身的能量采集也是很有必要的。
　　本文在充分了解国内外有关无线传感器网络传输时延感知及能量资源分配研究现状的基础上，深入研究了网络稳定性约束下具有最差时延保障的网络吞吐量优化和能量资源分配问题，主要的研究工作如下所示：
　　1)在传统的多跳无线传感器网络吞吐量优化问题模型的基础上，加入了具有最差时延保障的队列数据传输约束。文章构造了一种新的虚拟队列用以分析讨论队列数据的最差时延上界问题。同时，文章引入了一个控制参数对实际数据队列与虚拟时延队列的队列积压之差进行控制。在只考虑两种极端条件的前提下，文章给出了与该控制参数有关的队列传输最差时延，进而对其进行最小化处理并获得对应的控制参数值。
　　2)除了队列最差时延保障约束，本文另外考虑了一个具有端到端传输时延约束的网络吞吐量优化问题模型。同时，在该模型中引入了网络编码的概念。文章最终通过李雅普诺夫优化方法将平均端到端时延约束条件转化成若干的队列稳定性条件并进行求解。
　　3)在研究问题1）的基础上，考虑传感器节点的能量消耗及功率分配的问题。本文考虑了一种传感器节点的混合供电模式，即网络中的传感器节点供电包含完全靠自身采集能量、完全由电网进行能量提供以及既能靠自身进行能量采集又能从电网获取能量等方式。同时，本模型还考虑了存在干扰情况下的功率分配问题。文章采用李雅普诺夫优化算法在保证网络稳定的同时取得了目标效用的收敛，并且获得良好的丢包性能。

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第一章 绪论

1.1 论文研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本文内容安排

第二章 无线传感网络中最差时延感知跨层优化

2.1 网络模型及问题描述

2.2基于李雅普诺夫优化的跨层控制算法

2.3 算法性能分析

2.4 仿真实验

第三章 无线传感网络中端到端时延保障跨层优化

3.1 网络模型及问题描述

3.2 基于李雅普诺夫优化的调度控制算法

3.3 算法性能分析

3.4 仿真实验

第四章 异构供电无线传感网络最差时延感知优化

4.1 网络模型及问题描述

4.2基于李雅普诺夫优化的跨层控制算法

4.3 算法性能分析

4.4 仿真实验

第五章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢