能量采集无线通信系统的中继选择方案研究

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1、工程硕士学位论文能量采集无线通信系统的中继选择方案研究作者姓名邓远意工程领域电子与通信工程校内指导教师柯峰副教授校外指导教师伍继雄高级工程师所在学院电子与信息学院论文提交日期2016年3月RelaySelectionSchemeforEnergyHarvestingWirelessCommunicationSystemsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DengYuanyiSupervisor：Prof.KeFengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN

2、929.5学校代号：10561学号：201321009707华南理工大学硕士学位论文能量采集无线通信系统的中继选择方案研究作者姓名：邓远意指导教师姓名、职称：柯峰副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电子与通信工程论文形式：□产品研发□工程设计□应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：通信理论与网络技术论文提交日期：2016年3月15日论文答辩日期：2016年3月17日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：张永忠教授级高级工程师委员：冯穗力教授孙季丰教授薛锋章研究员柯峰副教授摘要传统的无线传感器网络节点的能量一般来源于电池，而电池的容量非常有限，制约着

3、无线传感器网络的生命周期，因此最大化无线传感器网络生命周期是无线网络领域的研究热点，其中将可再生能源采集技术与无线传感器网络相结合是一个重点研究方向。因此，本文研究了无线传感器网络基于能量采集技术的能量管理策略，并且结合协作通信提出了新型的基于节点工作量分配的中继选择方案，有效的延长了无线传感器网络的生命周期，提升了系统性能。本文从多个方面研究了能量采集无线通信系统并取得了若干有价值的研究成果。1、研究了单节点能量采集无线通信系统的能量管理策略。根据排队论推导出单节点系统的稳定性区间。对不同数据和能量到达模型，不同能量与传输数据大小映射关系函数，不同代价函数以及不同缓存区容量情况下进行各种

4、能量管理策略的性能仿真分析。仿真结果表明不同策略之间的吞吐量性能和时延性能差异在不同情况下均存在较大差异。2、研究了多节点能量采集无线通信系统的中继选择方案。提出了基于工作量分配的中继选择算法，并与简单中继轮换法和实时中继选择法进行了对比分析。当大于ii时，基于工作量分配的中继选择法是吞吐量和时延性能折中的最优算法，并且减少了算法复杂度。比较了两种不同帧长情况，其系统时延的差别。基于工作量分配的中继选择算法，工作周期时长越小，系统时延越小。3、研究了衰落信道及电池非理想等实际应用情况下不同能量管理策略对单节点以及多节点能量采集无线通信系统的性能影响。在已知CSI下的新型能量管理策略可使

5、得系统的稳定性区间比未知CSI的能量管理策略更大，并能够降低系统时延，提高系统吞吐量，大大提高了系统性能。在电池非理想情况下，不同策略的稳定性区间与存储效率紧密相关，越小，系统稳定性越差，系统时延越大，吞吐量越小，性能越差。11关键词：能量采集；能量管理策略；中继选择；排队论；无线传感器网络IAbstractGenerally,thenodesoftraditionalwirelesssensornetworkarechargedbythebattery.Thecapacityofthebatteryislimited,whichrestrictsthelifecycleofwirel

6、esssensornetworks.Therebymaximizingthelifecycleofwirelesssensornetworksbecomesahotfieldofwirelessnetworks,inwhichrenewableenergyharvestingtechnologycombinedwiththewirelesssensornetworkisakeyresearchdirection.Therefore,thisthesisstudiestheenergymanagementstrategyofwirelesssensornetworksbasedonenerg

7、yharvestingtechnology,andanewtypeofrelayselectionschemeisproposedbasedonnodeworkloaddistribution,whichcaneffectivelyprolongthelifecycleofwirelesssensornetworks,andimprovethesystemperformance.Inthisthesis,westudyt