无线传感器网络的数据传输和信道分配研究

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如今无线传感器网络已经成为一种极具潜力的测量工具。它是一个由微型、廉价、能量受限的传感器节点所组成,通过无线方式进行通信的多跳网络,其目的是对所覆盖区域内的信息进行采集、处理和传递。然而,传感器节点体积小,依靠电池供电,且更换电池不便。同时,节点监测环境的恶劣和不确定性也给传感器节点的实时传输造成一定的困难。因此如何高效使用能量,提高节点生命周期,并且保证网络监测信息的实时性是传感器网络面临的首要问题。无线传感器网络中的数据传输是用来提高传感器节点的能量利用效率的有效方法,也是无线传感器节点的主要功能之一。随着无线传感器网络的发展,通过无线传感器进行数据采集和传输被广泛应用到各个不同的方面。比如智能电网中通过无线传感器节点采集电站各种不同的环境和设备参数,进行远程错误检测;远程医疗系统中病人的身体状况和病症信息通过无线传感器节点来采集和发送等等。数据传输作为无线传感器网络研究中的一个重要课题,不仅具有广泛的应用需求和前景,对于解决无线网络领域的其他问题也有重大的研究意义。此外,在无线传感器网络中,多信道无传感器网络的信道选择问题也是近年来研究的一个热点话题,尤其是如何通过合理的分配各个信道,减少传感器节点之间的冲突,同时尽可能的增加整个网络的吞吐量。而近年来,博弈论作为一种有效的决策分析工具,已被许多专家学者引入到通信领域,用以解决路由、数据流控制等多个方面的问题。因此,本文的研究主要包含两大方面的内容,一是认知的数据传输。二是基于博弈论的多信道分配方法。对于认知的数据传输,本文试图结合传感器网络的实际应用环境分析数据的特性,从不同数据对于用户的重要性程度存在很大的差异的角度出发,对于传感器节点采集到的数据进行优先级的划分,然后设计并给出合理的传输方法,以保证优先等级高的那部分数据能够被优先传输,减少传输时延,提高重要的那部分数据的传输效率。同时,在研究数据传输的过程中,本文试图通过认知的传输方法解决频谱之间的冲突从而提高频谱的利用效率。对于多信道的分配方法,本文通过研究博弈论的基本原理以及多信道无线传感器网络的性质,试图将博弈论引入多信道的无线传感器网络,通过博弈的原理,设计合适的算法帮助各个节点进行信道的选择。同时在保证各个节点效用值最大的情况下,通过引入惩罚函数迫使所有的传感器节点在经过一定时间的博弈以后到达稳定的状态,使得整个网络的容量达到最优。
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