能量收集无线传感器网络关键技术研究

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1、万方数据图1．1图2—1图2—2图2—3图2_4图2．5图2．6图3．1图3．2图3．3图3．4图3．5图4一l图4-2图4．3图4_4图5．1图5-2图5—3图5-4图5—5图5-6图5—7图5．8图5-9图5．10图5．1l列图目录能量收集无线传感器网络的系统架构和节点组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～2能量收集传感器节点的基本数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7累积能量到达曲线示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9定向注水算法(其中h3>h1>h2)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．10马尔科夫决策过程的状态转移示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯lO能量收集传感器节点的能量状态转移图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11ODMAC协议发射机和接收机交互过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．12能量收集节点的通信系统模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16Gilbert—Elliot信道模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16不同行动下的状态转移示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19不同能量收集概率下电池容量对期望收

3、益的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30不同信道状态条件下能量收集概率对性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30两状态马尔科夫链能量模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34阈值效果图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36不同能量收集状态转移概率下能量收集概率对收益的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．38不同能量收集状态转移概率下两种学习速率的Q学习算法性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41单跳网络结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43节点状态转换图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯44EHA-MAC算法流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45OPNET网络仿真平台节点模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一47EHA-MAC层队列处理器的进程模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48时隙CSMA／CA中不同RF发射功率下的节点吞吐量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．49EHA—MAC中不同RF发射功率下的节点吞吐量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．50两种协议中不同RF发射功率下的公平性指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一50时

5、隙CSMA-CA中不同R_F发射功率下的节点竞争接入时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5lEHA—MAC中不同RF发射功率下节点竞争接入时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一51两种协议中不同RF发射功率下的网络吞吐量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．52VII万方数据列表目录表3．1最优策略求解算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯28表4—1Q学习算法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40表4．2不同能量收集状态转移概率下两种学习算法的性能比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42表5—1RF

6、能量收集系统参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一48表5—2EHA-MAC部分网络仿真参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．49Ix万方数据万方数据BLEBEBPCCACSICS～呲ACWEN0F缪，切公MACMDPNBPIAWSN本论文专用术语的注释表BatteryLifeExtensionBackoffExponetBackoffPeriodClearChanneIAssessmentChannelSlateInformationCarrierSenseMultipleAcces

7、s／CollisionAvoidanceContentionWindowEnergyNeutralOperationExponetWeightedMovingAverageMediumAccessControlMarkovDecisionProcessNumberofBackoffPolicyIterationAlgorithmWirelessSensorNetwork电池寿命扩展退避指数退避周期空闲信道估计信道状态信息带冲突避免的载波侦听多路接入竞争窗口能量中和状态指数加权滑动平均滤波器媒体接入控制马尔科夫决策过

8、程退避次数策略迭代算法无线传感器网络万方数据第一章绪论1．1引言作为物联网的“神经末梢”，无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)取得了广泛应用Ilj。无线传感器网络从早期军事监视系统的军事应用，逐渐转向民用，广泛应用于环境监测、智能家居和工业控制，以及个人护理和紧急灾难救护等医疗领域【2】。但是能量受限是无线传感网络面临的最重要