【摘 要】
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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为信息通信重要的技术载体,在智能家居、环境监测、医疗护理以及军事等领域被广泛应用,为人们的生活带来了诸多便利。然而传感器节点的能量受限以及能耗成为影响WSNs系统性能的关键问题。能量收集技术既能从根本上解决传感器节点能量供应的难题,又可以提升WSNs系统的中断概率、吞吐量等性能。因此,本文采用能量收集技术为中继节点供能的
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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为信息通信重要的技术载体,在智能家居、环境监测、医疗护理以及军事等领域被广泛应用,为人们的生活带来了诸多便利。然而传感器节点的能量受限以及能耗成为影响WSNs系统性能的关键问题。能量收集技术既能从根本上解决传感器节点能量供应的难题,又可以提升WSNs系统的中断概率、吞吐量等性能。因此,本文采用能量收集技术为中继节点供能的方式,研究多中继双跳WSNs系统的中断概率、吞吐量以及能量效率性能,具体工作如下:首先,本文结合能量收集技术与协同通信技术提出了基于功率分流的双中继协同传输无线传感器网络(Power Splitting-based Double-Relay Cooperative Transmission-Wireless Sensor Networks,PSDRCT-WSNs)协议。即源节点与目的节点之间的通信由两个具有能量收集功能的中继节点辅助完成。此外,本文对提出的PSDRCT-WSNs协议作了详细说明,在此基础上推导出了协议的中断概率、吞吐量以及能效的数学表达式。其次,本文针对多个中继节点协同传输WSNs系统,通过考虑中继节点的能量收集状态以及信道状态,提出了一个最佳中继的选择方案。WSNs中选择中继的过程分为两个阶段:1)在传输开始时为中继节点的能量设定阈值,满足阈值条件者方可获得被选择的资格;2)在满足能量阈值条件的中继节点中选择出信道状态最佳的中继节点进行辅助传输。为此根据中继节点的能量收集状况建立有限状态Markov模型,求解其稳态分布,并且推导出多中继选择协同传输WSNs系统的中断概率、吞吐量以及能效的数学表达式。最后,针对上述分析得到的表达式,通过MATLAB数值模拟分析了中继节点的位置、功率分配比、能量转换效率、中继节点的数量以及离散能量块的数量等因素对WSNs系统性能的影响。并且根据模拟结果对本文的多中继选择协同传输WSNs系统给出了功率分配比的合理取值范围以此保证系统性能最佳。
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