基于集中控制的協(xié)作MIMO無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network，WSN）是未來人與自然交互方式的一次革命。WSN通過大量密集布設(shè)的傳感器節(jié)點(diǎn)來動(dòng)態(tài)地監(jiān)控環(huán)境，不需人值守，并可智能地自組織成網(wǎng)絡(luò)將感測(cè)到的信息傳送回給監(jiān)測(cè)中心，因此WSN在軍事、民用等多種領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。 目前，WSN已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。然而，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的體積、成本受到嚴(yán)格的限制，以及WSN應(yīng)用環(huán)境的苛刻要求，如何在滿足一定的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性要求的前

2、提下，最小化網(wǎng)絡(luò)的整體能耗以及使得網(wǎng)絡(luò)能耗分布均勻從而最大化網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，已成為研究設(shè)計(jì)WSN中最具挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù)之一。 路由協(xié)議的設(shè)計(jì)將直接影響網(wǎng)絡(luò)的能耗。其中，基于簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議是降低網(wǎng)絡(luò)能耗的有效技術(shù)之一。此外，由于多輸入多輸出（multiple—input—multiple—output，MIMO）技術(shù)能夠有效地對(duì)抗無線衰落，因此如何在WSN中使用協(xié)作MIMO技術(shù)來降低發(fā)送功率是近年來學(xué)術(shù)界的研究重點(diǎn)。 基

3、于上述兩點(diǎn)，目前已有眾多文獻(xiàn)致力于研究結(jié)合網(wǎng)絡(luò)層的分簇結(jié)構(gòu)與物理層的協(xié)作MIMO技術(shù)的路由協(xié)議以進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)能耗。但這些路由協(xié)議還存在著如簇首分布不均勻、節(jié)點(diǎn)需頻繁進(jìn)行全網(wǎng)絡(luò)廣播、簇首路由表不收斂以及網(wǎng)絡(luò)能耗分布不均等問題。針對(duì)網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)不需進(jìn)行頻繁移動(dòng)以及基站的高可靠性要求可以被滿足的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景，集中控制與固定簇結(jié)構(gòu)是解決上述問題的有效方法，為此，本文對(duì)如何于路由協(xié)議中運(yùn)用此兩種方法進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)提出了改進(jìn)的基于集中控制與固定簇結(jié)

4、構(gòu)的協(xié)作MIMO無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多跳路由協(xié)議。 本文主要包括以下四個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)： 第一，提出一個(gè)改進(jìn)的能耗理論優(yōu)化模型以求出最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)； 第二，提出一個(gè)新的路由調(diào)整算法以平均簇間的能耗； 第三，提出一個(gè)改進(jìn)的簇首和協(xié)作節(jié)點(diǎn)選擇策略以平均簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能耗； 第四，提出一個(gè)改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)能耗估計(jì)策略，以使得基站能及時(shí)更新和掌握全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息。 本文通過進(jìn)行蒙特卡羅仿真（Monte Carlo