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摘 要： 采用跨层优化方法，分析了无线传感器网络点对点链路的吞吐量优化问题。首先推导出吞吐量的理论表达式；随后以最大化吞吐量为目标，采用一种基于分层优化的数学框架，分别得到物理层最优符号速率、最优调制星座体积和MAC层最优数据包长；在此基础上，通过联合优化物理层参数和MAC层参数实现了链路吞吐量的最大化；最后提出了一种自适应跨层优化策略。在不同的信噪比条件下，根据该自适应策略来配置相应的最优物理层参数和MAC层参数，便可以保证链路的吞吐量达到最优值。仿真结果表明，与传统的分层优化相比，跨层优化后链路的吞吐量性能得到了明显提高。
关键词: 无线传感器网络; 移动性；吞吐量;跨层优化
Throughput optimization for single-hop wireless
networks using network coding
Abstract: In this paper ,the throughput of point-to-point link for wireless sensor networks is studied using cross-layer optimization .Firstly,the theoretical throughput expressions is derived .To maximize the throughput, an mathematical optimization framework based on hierarchical optimization is adopted .And then the optimal symbol rate , the optimal constellation size in physical layer and the optimal packet in MAC layer are derived. According to these optimization variables , the cross-layer design can be used for throughput optimization. Finally, a adaptive cross-layer optimization strategy is proposed. Simulation results show that the throughput is significantly improved with the cross-layer design compared with traditional hierarchical optimization.
Key words: wireless sensor networks; mobility；throughput ;cross-layer optimization
目 录
第一章 绪论 1
1.1简述 1
1.1.1 无线通信的起源与发展 1
1.1.2 无线通信的特点和技术难题 7
1.1.3 研究的背景 8
1.1.4 国内外研究状况 9
第二章 跨层设计 9
2.1 跨层设计的概念 9
2.2 现有跨层模型比较 11
2.3 跨层通信协议体系结构设计.........................................................................................................11
2.4 跨层设计的实现方法.....................................................................................................................12
2.5 分层的网络通信协议.....................................................................................................................14
2.6 Qos参数...........................................................................................................................................14
第三章 吞吐量分层优化 15
3.1 系统模型和假设 15
3.2 物理层参数优化 16
3.2.1 符号速率优化 16
3.2.2 调制星座体积优化....................................................................................................................17
3.3 MAC层数据优化.........................................................................................................................18
3.3.1 数据包长度优化........................................................................................................................18
第四章 物理层和MAC层跨层联合优化及自适应策略........................................................................20
总结 22
致谢 23
参考文献 24
附录A：最优吞吐量部分代码 25
附录B：不同数据包长L时的吞吐量部分代码 29
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总 结
吞吐量是衡量无线传感器网络服务质量(QoS)好坏的重要标准。针对移动性无线传感器网络点对点链路的吞吐量问题，本文采用跨层优化分析的方法，定量地描述了两个移动节点之间无线通信链路的吞吐量表达式。根据吞吐量表达式，选择优化后的物理层参数符号速率Rs、调制星座体积b和MAC层参数数据包长度L,可以优化链路吞吐量。最后提出了一种能够根据节点间通信距离自适应跨层调节的优化策略。根据该跨层优化策略自适应调节物理层和MAC层参数,保证了在不同通信距离下链路的吞吐量始终保持最大化。
在进一步的研究工作中，我们可以建立多跳移动性无线传感器网络吞吐量模型，并研究该模型下的吞吐量优化问题。这需要更多的专业知识，比点对点链路更加的复杂和繁琐，也是目前四代通讯技术亟需优化的一个课题。
通过这次毕业设计课题的设计，我不仅新学会和掌握了matlab软件的使用，而且专业知识得到了进一步的巩固。学到了很多课堂上无法学到的东西，使自己不仅能灵活的进行程序编辑，而且对课堂知识的应用也得到很大的提升。实践和钻研是最好的老师，在这一次毕业设计里，还让我懂得，只有踏踏实实的去做，我们才能取得最后的好成果。
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