基于蜂窝网辅助的无线传感器网络快速切换技术研究

摘要

随着无线通信技术的快速发展，无线传感器网络(WSN)以其在军事、环境监测、智能医疗监测、智能家庭等方面的广泛应用，已经成为当前众多专家和学者们研究的热点。蜂窝网络(CellularNetwork)作为无所不在的无线通信网络，可以控制和管理WSN，为其提供有效数据传输，使其能源得以有效利用。
　　 WSN移动性管理中的切换技术逐渐成为学者们的研究热点。本文基于蜂窝网与WSN的异构融合网络场景，针对多个移动节点在WSN覆盖范围内的频繁切换，对于如何减少切换延时和切换产生的能耗，进行了深入研究。
　　 本文首先对WSN网络的发展历程、特点及应用进行了简单介绍。随后，重点介绍了IEEE802.15.4MAC层的关键技术，包括超帧结构、信道接入机制、信道扫描、节点入网等，为后文的切换方案做了理论铺垫。随后，本文重点介绍了WSN现有的传统切换方案，其中包括IEEE802.15.4标准定义的切换方案和基于代理的切换方案，对于这些方案的基本思想和性能进行了分析。通过分析现有WSN切换方案的不足，本文提出了基于蜂窝网与WSN融合架构下的WSN快速切换方案，在PAN的边缘设置边缘节点，对移动节点进行边缘预警，同时由UE向基站查询该边缘节点的邻居PAN信道信息，从而使多个移动节点只扫描目标信道，达到快速切换的目的。最后，本文将提出的方案在MATLAB仿真平台上进行了验证。仿真结果表明，提出的快速切换方案与传统标准方案相比，其切换延时和切换能耗都有明显降低，验证了方案的可行性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 无线传感器网络概述

1．1．1 无线传感器网络的发展历程

1．1．2 无线传感器网络的特点和优势

1．1．3 无线传感器网络的标准及具体应用

1．2 论文的选题和意义

1．3 论文的内容与结构

1．4 本章小结

第二章 IEEE802.15.4 MAC层简介

2．1 IEEE802.15.4网络的基本结构

2．1．1 短距离无线通信网络分类

2．1．2 基于IEEE802.15.4的无线传感器网络体系结构

2．1．3 IEEE802.15.4的网络拓扑结构

2．2 IEEE 802.15.4 MAC层工作原理

2．2．1 超帧(Superframe)

2．2．2 帧结构

2．2．3 信道接入机制

2．2．4 信道扫描

2．2．5 节点的入网与出网

2．3 IEEE 802.15.4 MAC传输的性能指标

2．3．1 传输时延

2．3．2 节点能耗

2．4 本章小结

第三章 无线传感器网络的切换技术研究

3．1 引言

3．2 基于IEEE802.15.4标准的切换方案

3．3 基于代理的WSN节点切换方案

3．4 本章小结

第四章 基于蜂窝网辅助的WSN快速切换方案

4．1 引言

4．2 蜂窝网与WSN融合架构介绍

4．3 融合架构下蜂窝基站辅助的WSN快速切换方案

4．3．1 边缘节点的定义和选取

4．3．2 基于蜂窝网辅助下的WSN多个移动节点快速切换方案

4．3．3 快速切换方案信令实现流程

4．4 仿真实验

4．4．1 理论分析

4．4．2 仿真参数设置

4．4．3 仿真结果与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附图表

致谢

攻读硕士期间发表的论文与专利申请