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面向可穿戴生理检测的无线传感器网络QoS路由研究

作　者: 全东平
导　师: 吴怡之
学　校: 东华大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 可穿戴无线传感器网络 Pareto多目标优化方法蚁群算法服务质量收集树协议生理检测 Petri网
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)作为新兴的网络测控技术,逐渐渗透进入多元化的生物医学应用领域。生物和生理传感器、低功耗集成电路、计算机科学以及无线通信等技术的发展,使得可穿戴传感器网络在人体生理监测领域日益得到广泛的研究和应用。医疗健康监护领域的应用特性要求对生理监测可穿戴传感器网络服务质量(Quality of Service)中的传输延时、可靠性等方面严格要求。而且人体的移动和周围环境的变化使得可穿戴WSN具有很强的动态性,对其传输协议尤其是路由协议的设计带来很大的挑战。本文以生理监测可穿戴无线传感器网络动态环境下保证可靠实时等网络传输服务质量为目的,对经典的收集树协议(Collection Tree Protocol,CTP)进行改进,引入了Pareto多目标优化方法和蚁群算法,设计并实现了网络可靠性和实时性多目标优化路由协议,经过仿真评估,证明其性能达到了研究目标。首先,调研了无线传感器网络的研究现状,分析现有的无线传感器网络协议的优缺点,针对可穿戴系统的需求和特点,研究讨论了现在无线传感器网络协议的特点和缺陷,深入分析了可穿戴的无线传感器网络的特性和需求,并对可穿戴WSN进行了总计设计。其次,在收集树协议CTP的基础上进行改进,提出了基于Pareto多目标优化的路由协议MO-CTP。在链路质量评估阶段,进行单跳链路的多参数性能评估。在路由建立阶段,建立Pareto最优多路径路由表,并基于数据传输的实时性和可靠性指标,筛选多路径路由。与CTP协议相比,MO-CTP协议不仅在传输路径选择上具有更强的适用性和灵活性,而且满足了生理检测上实时可靠等多目标传输性能需求。再次,在协议MO-CTP的基础上进行改进,提出了基于蚁群算法的路由协议AMO-CTP。在路由选择阶段,根据多路径路由和概率路由相结合的策略选择传输路径；在路由维护阶段,在MO-CTP的路由表中增加信息素浓度地址字段,通过信息素浓度挥发、增强等机制自适应网络动态的变化。Matlab仿真表明,该路由协议不但是可行的,随着拓扑结构的变化,寻找的较优路径也随着改变,得到的解更为合理。最后,基于层次化面向对象Petri网建模工具,进行了对可穿戴传感器网络路由协议验证和分析。通过对MO-CTP的HOCPN仿真模型,对该协议的有界性、活性、回复性和公平性等进行形式化分析,验证该协议的正确性。论文的研究成果为面向社区、医院、敬老院等区域人群的可穿戴生理监控网络的研究打下了一定的基础。

面向可穿戴生理检测的无线传感器网络QoS路由研究

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