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文檔簡介
1、無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSN)作為新興的網(wǎng)絡測控技術,逐漸滲透進入多元化的生物醫(yī)學應用領域。生物和生理傳感器、低功耗集成電路、計算機科學以及無線通信等技術的發(fā)展,使得可穿戴傳感器網(wǎng)絡在人體生理監(jiān)測領域日益得到廣泛的研究和應用。
醫(yī)療健康監(jiān)護領域的應用特性要求對生理監(jiān)測可穿戴傳感器網(wǎng)絡服務質(zhì)量(Quality of Service)中的傳輸延時、可靠性等方面嚴格要求。而且人體的移動
2、和周圍環(huán)境的變化使得可穿戴WSN具有很強的動態(tài)性,對其傳輸協(xié)議尤其是路由協(xié)議的設計帶來很大的挑戰(zhàn)。
本文以生理監(jiān)測可穿戴無線傳感器網(wǎng)絡動態(tài)環(huán)境下保證可靠實時等網(wǎng)絡傳輸服務質(zhì)量為目的,對經(jīng)典的收集樹協(xié)議(Collection Tree Protocol,CTP)進行改進,引入了Pareto多目標優(yōu)化方法和蟻群算法,設計并實現(xiàn)了網(wǎng)絡可靠性和實時性多目標優(yōu)化路由協(xié)議,經(jīng)過仿真評估,證明其性能達到了研究目標。
首先,
3、調(diào)研了無線傳感器網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀,分析現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的優(yōu)缺點,針對可穿戴系統(tǒng)的需求和特點,研究討論了現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的特點和缺陷,深入分析了可穿戴的無線傳感器網(wǎng)絡的特性和需求,并對可穿戴WSN進行了總計設計。
其次,在收集樹協(xié)議CTP的基礎上進行改進,提出了基于Pareto多目標優(yōu)化的路由協(xié)議MO-CTP。在鏈路質(zhì)量評估階段,進行單跳鏈路的多參數(shù)性能評估。在路由建立階段,建立Pareto最優(yōu)多路徑路由表,并基
4、于數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性指標,篩選多路徑路由。與CTP協(xié)議相比,MO-CTP協(xié)議不僅在傳輸路徑選擇上具有更強的適用性和靈活性,而且滿足了生理檢測上實時可靠等多目標傳輸性能需求。
再次,在協(xié)議MO-CTP的基礎上進行改進,提出了基于蟻群算法的路由協(xié)議AMO-CTP。在路由選擇階段,根據(jù)多路徑路由和概率路由相結合的策略選擇傳輸路徑;在路由維護階段,在MO-CTP的路由表中增加信息素濃度地址字段,通過信息素濃度揮發(fā)、增強等機制
5、自適應網(wǎng)絡動態(tài)的變化。Matlab仿真表明,該路由協(xié)議不但是可行的,隨著拓撲結構的變化,尋找的較優(yōu)路徑也隨著改變,得到的解更為合理。
最后,基于層次化面向?qū)ο驪etri網(wǎng)建模工具,進行了對可穿戴傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議驗證和分析。通過對MO-CTP的HOCPN仿真模型,對該協(xié)議的有界性、活性、回復性和公平性等進行形式化分析,驗證該協(xié)議的正確性。
論文的研究成果為面向社區(qū)、醫(yī)院、敬老院等區(qū)域人群的可穿戴生理監(jiān)控網(wǎng)絡的
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