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基于静态拓扑的无线传感器网络信道分配方法研究

作 者: 许恩玮
导 师: 顾学迈
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 信息与通信工程
关键词: 无线传感器网络 信道分配 位置信息 栅格
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 22次
引 用: 0次
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内容摘要


随着信息技术的迅速发展,人类社会正逐步从工业化向信息化转变。作为人类获取自然界信息的重要手段,无线传感器网络的重要性日益凸显。它功能上集信息采集、处理和无线通信于一身,部署上具有价格低廉、适应恶劣环境等特点,在军事、民事等诸多领域有着广泛的应用前景。在实际应用中,传感器节点往往部署得十分密集,这会导致节点间的通信干扰十分严重,使网络的性能下降。因此,在无线传感器网络中应用多信道技术,逐渐成为无线传感器网络MAC层研究的热点方向。对于一般的无线网络而言,多信道的分配问题已经有较为成熟的方案。但是传感器节点自身射频接口唯一、能量有限、计算能力有限等独有的特点,使得这些成熟的方案在无线传感器网络中并不适用。因此,需要为其设计低功耗、复杂度低的信道分配方法。本文针对无线传感器网络中的信道分配问题进行研究,提出了一种基于传感器节点位置信息的信道分配方法。该方法面向静态拓扑的无线传感器网络,将无线传感器网络所在区域划分为一系列栅格,利用节点的地理位置信息确定其所在栅格,并以节点所在的栅格作为信道分配的标准。这样,整个网络被划分成区域重叠但频谱隔离的数个子网。然后,以网络中干扰的最小化为目标,通过理论推导得出了栅格的合理尺寸。继而,通过仿真验证了当网络以该栅格尺寸进行划分并分配信道时,网络中由于发生冲突而被阻塞节点数目达到最少。根据文中提出的方案设计了完整的信道分配模型,并对网络初始化阶段的信道分配流程以及网络运行过程中的信道切换流程做了详细的阐述。然后,通过仿真验证了利用该分配模型对网络进行信道分配后,网络吞吐率、端到端时延等性能指标得到改善。另外,在对课题理论研究的同时,本文还建立了基于资源分配的泛在网络试验平台,用来对理论研究的成果进行验证。最后,在泛在网络的嵌入式节点上,完成了对文中提出的信道资源分配模型的实现与验证。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 课题背景及研究意义  9-17
    1.1.1 无线传感器网络概述  9-12
    1.1.2 无线传感器网络的应用  12-13
    1.1.3 无线传感器网络关键技术  13-16
    1.1.4 课题来源  16-17
  1.2 国内外研究现状  17-18
  1.3 本文主要内容及文章结构  18-20
第2章 无线传感器网络中的信道分配  20-31
  2.1 信道分配问题概述  20-23
    2.1.1 固定信道分配  21-22
    2.1.2 动态信道分配  22-23
    2.1.3 混合信道分配  23
  2.2 典型的分配方法  23-25
  2.3 WSN 中应用多信道的技术难点  25-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 基于位置信息的信道分配方法研究  31-45
  3.1 信道分配方式的选择  31-33
  3.2 节点地理位置信息的利用  33-34
  3.3 分配栅格尺寸的确定  34-40
  3.4 仿真验证与分析  40-44
  3.5 本章小结  44-45
第4章 信道分配模型的设计与硬件实现  45-57
  4.1 信道分配模型设计  45-52
    4.1.1 分组与节点信息表的设计  45-46
    4.1.2 分配流程设计  46-50
    4.1.3 仿真比较  50-52
  4.2 硬件实现  52-56
    4.2.1 嵌入式节点设置  52-53
    4.2.2 信道分配模型实现  53-54
    4.2.3 硬件平台扩展  54-56
  4.3 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  62-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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