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基于半马尔可夫链的无线传感器网络能耗模型研究

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基于半马尔可夫链的无线传感器网络能耗模型研究

作者：孙翔河北工程大学

学位级别：硕士

片上系统(SOC, System on Chip)、微机电系统(MEMS, Micro-Electro- Mechanism System)和无线通信技术的发展进一步促使无线传感器网络(WSN, Wireless Sensor Network)被广泛的应用于这种实际环境中。无线传感器网络由大量的自组织节点... 详细信息

片上系统(SOC, System on Chip)、微机电系统(MEMS, Micro-Electro- Mechanism System)和无线通信技术的发展进一步促使无线传感器网络(WSN, Wireless Sensor Network)被广泛的应用于这种实际环境中。无线传感器网络由大量的自组织节点组成,这些节点协作地实时监测并且感知环境数据,通过多跳方式传输数据,将信息汇聚至sink节点。无线传感器网络不同于其他网络最大的特点即其能量有限性,由于网络内节点众多,并且时常布设在恶劣的坏境中,所以节点难以实现更换,当节点能量耗尽就会导致网络瘫痪的可能,所以WSN的能耗问题一直是人们所关注的热点,如何高效的利用节点能量一直是WSN网络需要解决的关键问题。能耗模型作为一种衡量WSN网络能耗手段,其主要目的是为了通过能耗模型分析并解决存在的能量利用率,并建立相应的能量拓扑图,监测网络能耗,本文就建立一种高准确性的能耗模型为目的,对无线传感器网络能耗问题进行研究,主要研究成果如下:⑴分析了建立能耗模型的重要性,综述现有的能耗模型,并分析了现有的模型存在的不足;⑵从节点层面与网络层面对WSN网络消耗的能耗进行了分析,总结出节点硬件能耗主要由数据无线传输模块产生,而节点软件能耗主要由MAC层与网络层的通信协议产生;在网络中层面产生的能耗主要由隐藏终端导致的数据碰撞率所引起的。通过分析无线传感器网络能耗产生原因,为之后建立能耗模型做了很好的铺垫;⑶将节点工作方式分成四种状态,以半马尔可夫链为数学模型,建立节点状态转移概率矩阵,当时间趋于无穷时,求得节点处于各个状态的稳态概率;在此基础上分析无线传感器网络数据流特点,建立其流量模型;将流量模型与节点稳态概率相结合,建立一个新的能耗模型;⑷搭建仿真环境,对现有能耗模型进行仿真,得出基于半马尔可夫链的能耗模型所获得的剩余能量与实际值相差0.175J(节点初始能量设置为10J),符合实际应用需求。在此基础上对模型重建阈值ξ进行仿真分析,得出随着ξ值的降低,能耗模型精确度提升,但是网络额外能耗增加,当ξ半马尔可夫链的能耗模型绘制网络剩余能量拓扑灰度图,分析剩余能量分布特征及产生原因。

关键词：无线传感器网络能耗模型半马尔可夫链流量模型

一种适用于双卫星系统窄带LMS信道的状态模型

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西安电子科技大学学报 2015年第1期42卷 161-167页

作者：廖希薛睿赵旦峰哈尔滨工程大学信息与通信工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对单卫星系统业务有效性低和状态模型使用场景有限的问题,根据全球导航卫星系统实测数据提取的模型参数提出一种适用于更多场景的陆地移动卫星信道状态模型.基于一阶马尔可夫链和半马尔可夫链实现双卫星的联合状态序列,研究各种仰角... 详细信息

针对单卫星系统业务有效性低和状态模型使用场景有限的问题,根据全球导航卫星系统实测数据提取的模型参数提出一种适用于更多场景的陆地移动卫星信道状态模型.基于一阶马尔可夫链和半马尔可夫链实现双卫星的联合状态序列,研究各种仰角组合和方位角分离下状态序列的相关系数、状态概率及状态持续时间的统计特性.仿真结果表明,与实测值比较,对数正态拟合的半马尔可夫模型能更精确、有效地描述双卫星传播信道的状态,且在不同信道环境的各种星座下具有更好的适用性,可用于多星信道模型的建立和系统性能分析.

关键词：卫星系统陆地移动卫星信道状态模型马尔可夫链半马尔可夫链角度分集

具有马尔可夫增量的随机游动的最小值的局部极限定理

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应用概率统计 2016年第1期32卷 23-50页

作者：叶印娜西交利物浦大学数学科学系苏州215123

本文考虑具有马尔可夫增量的随机游动(半马尔可夫链)的最小值,提出一种Presman因式分解的方法,对其分布的渐进行为进行研究并给出了局部极限定理.该结果可以应用于对马尔可夫随机环境下的分支过程的生存概率的渐进行为进行估计.

关键词：局部极限定理马尔可夫链半马尔可夫链随机游动

认知车载网络中基于QoS的频谱分配策略研究

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认知车载网络中基于QoS的频谱分配策略研究

作者：朱普胜武汉理工大学

学位级别：硕士

车载网络对安全和娱乐应用的服务需求日益增大,频谱资源的匮乏状况随之愈加明显。车载自组网是现代智能交通系统的重要组成部分,它的兴起为解决道路安全和车载娱乐的应用服务提供了支持。同时在VANET中使用认知无线电技术,利用未充分使... 详细信息

车载网络对安全和娱乐应用的服务需求日益增大,频谱资源的匮乏状况随之愈加明显。车载自组网是现代智能交通系统的重要组成部分,它的兴起为解决道路安全和车载娱乐的应用服务提供了支持。同时在VANET中使用认知无线电技术,利用未充分使用的频谱资源来解决频谱资源匮乏的问题成为了近几年研究的重点。VANET中的服务质量（Quality of Service,QoS）保障对于与车辆相关应用服务尤为重要。在节点高速移动且拥挤的车辆网络环境中,使用现有的频谱资源分配机制不能很好的解决车辆网络中存在的延时高、QoS无法保障、丢包严重和吞吐量低等状况。如何在实现QoS保障的前提下,优化频谱资源的分配,是认知车载网络亟需解决、极具挑战的问题。基于认知车辆网络实际场景以及不同网络负载下的QoS需求保障,深入研究了认知车载网络中的频谱分配策略。主要研究工作如下:（1）低负载网络下基于贪心算法和动态规划的频谱分配策略研究。针对车辆较少,可用频谱资源较为充足的低负载车载自组织网络环境,构建相应的频谱信道模型、车辆用户模型、考虑应用服务的服务模型;在模拟高速公路场景下,考虑QoS保障,以车载网络中的网络吞吐量为优化目标,提出基于贪心算法和动态规划两种频谱分配策略。（2）高负载网络下基于SMDP的频谱分配策略研究。针对高密度拥挤车辆环境下,构建移动车辆模型、PU信道模型、以及分层服务模型,并提出以PU为中心,结合车辆在PU保护范围的相对剩余时间对车辆用户进行分簇,在簇群内部采用共享频谱方案的分簇策略,并且利用半马尔科夫链进行频谱的动态分配。考虑QoS保障,利用该频谱分配策略对认知车载网络中的安全服务的QoS进行分析。（3）基于QoS的频谱分配策略的验证。利用NS3网络模拟器,基于真实应用场景下的认知车载网络系统,搭建车辆移动模型、信道模型和应用服务模型等,模拟移动车辆在系统中的移动和通信过程。在基于真实应用场景中高负载网络和低负载网络场景下,验证提出的基于QoS的频谱分配策略,在吞吐量,安全服务QoS等网络性能指标的优势。

关键词：认知车载网络频谱分配 QoS 半马尔可夫链吞吐量

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无线采集节点能耗分析与节能方法研究

无线采集节点能耗分析与节能方法研究

作者：周尧合肥工业大学

学位级别：硕士

沙漠、森林、峡谷等大规模监测场景下,无线传感器网络中采集节点往往采用电池供电,当电池电量耗尽后,如果不更换电池或充电,节点就会失效,因此,能耗成为决定系统寿命最重要的性能指标,非常有必要设计一种适合于无线采集节点的能量评估方... 详细信息

沙漠、森林、峡谷等大规模监测场景下,无线传感器网络中采集节点往往采用电池供电,当电池电量耗尽后,如果不更换电池或充电,节点就会失效,因此,能耗成为决定系统寿命最重要的性能指标,非常有必要设计一种适合于无线采集节点的能量评估方法,用于预测节点在各种模式和场合下的生存周期,同时对节点采集信息、处理数据、无线通信等各个阶段进行能耗定量分析,进而设计出相应的节能方法。针对无线采集节点能耗评估问题,研究了一种基于功耗状态模型的节点生存模式评估方法。首先指出了典型的无线采集节点结构组成,分析各个组成单元状态与能耗之间的关系,建立基于节点工作状态的功耗状态模型,实现了节点能耗定量计算,给出节点生存模式通用评估方法。结合三种常用的无线采集节点生存模式实验用例,在振动检测实验平台上进行相关参数测量与验证。实验数据表明,该方法可为无线采集节点能耗分析与节能优化提供较为可靠的依据。在基于功耗状态模型的节点生存模式评估方法中将节点工作状态转移假设为人为规定的,这在一定程度上增加了评估节点生存时间的复杂度。为了方便研究,将节点状态转移假设为一种随机事件,同时将节点状态转移抽象为半马尔可夫过程,研究了一种基于半马尔可夫链模型的节点生存时间评估方法,分别计算了在中断驱动和调度驱动节点模型下生存时间以及关键影响因素,最后在振动检测实验平台上对这种模型进行了验证。实验数据表明,该方法可以快速有效的对无线采集节点生存时间进行预测。

关键词：无线采集节点功耗模型半马尔可夫链能耗评估

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带延迟的人寿和年金联合保险模型

带延迟的人寿和年金联合保险模型

作者：沈希雅上海财经大学

学位级别：硕士

本文构建了一种考虑婚姻状况的带延迟的人寿和年金联合保险模型,延期因子的存在能够一定程度上缓解保险公司的资金负担,对投保人和保险公司都有一定的益处.设定若被保险人的死亡时刻落在死亡当年的[0,1-α]时间段,则赔付的保险金当年年... 详细信息

本文构建了一种考虑婚姻状况的带延迟的人寿和年金联合保险模型,延期因子的存在能够一定程度上缓解保险公司的资金负担,对投保人和保险公司都有一定的益处.设定若被保险人的死亡时刻落在死亡当年的[0,1-α]时间段,则赔付的保险金当年年末给付,不然则延期至第二年的时间点β给付.“双随机”(即死亡率和利率均是随机的)正成为精算研究的一个热点领域.在随机利率上,考虑不同家庭的风险偏好不同,设定N1个家庭选择CIR利率模型,其余N-N1个家庭选择ARMA(p,q)利率模型,分别计算出贴现函数的期望值.在随机死亡率上,以Lee-Carter随机死亡率模型为基础,对分数年龄段采用UDD假设,推导出死亡力的表达式.并且,在本文设定的夫妻联合投保中,考虑了离婚因素和夫妻未来寿命的相依性.夫妻的死亡率相依性主要基于两点:1.共同灾难,即夫妻同时死亡于意外事故或灾难的概率大于两个无关个体;2.心碎效应,即丧偶者短期内死亡率大于总死亡率,随后逐渐下降接近总死亡率,考虑到女性先天的情绪调节能力优势,男女性心碎效应的衰退模式并不相同.因此,本文分别用高斯曲线和指数函数分别拟合男性和女性的心碎效应衰退模式,即fm(t)=Ame-t2/2Bm+1,fw(t)=Awe-Bwt+1,其中,指数函数的降速大于高斯曲线的降速,高斯曲线的降速先加快后减缓,在t=Bm时降速达到最大.夫妻死亡率相依性的存在使得夫妻的死亡率不仅取决于当前的状态,而且依赖于当前状态的停留时间.而半马尔可夫链正可以满足这一点,因此,本文将包括夫妻均存活,仅丈夫存活,仅妻子存活,夫妻均死亡,夫妻离婚这五个状态的半马尔可夫链应用于双人随机死亡率模型的构建,基于死亡力表达式给出转移概率的表达式.本文构建的联合保险模型规定:(1)若夫妻双方皆存活,则每年年末第i对夫妻可获得bi元的生存年金;(2)若夫妻两人中有一人死亡,则活着的一方每年仍可获得ei元的生存年金直至寿命终止,且若夫妻两人投保后皆没有存活满Q年,则可得到赔付的ci元.一般情况下认为ci>bi;(3)若较晚死亡的投保人的死亡时刻落在死亡当年的[0,1-α]时间段,则赔付的ci元保险金当年年末给付,不然则延期至第二年的时间点β给付;(4)一旦发生离婚,则保单终止,已缴保费不予退还.最后,在“双随机”的条件下给出模型的精算现值.

关键词：随机利率随机死亡率联合保险半马尔可夫链延期因子

HMM中状态停留时间的模型化及其与传统HMM的比较

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HMM中状态停留时间的模型化及其与传统HMM的比较