能量有效的異質(zhì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點協(xié)作問題研究.pdf

1、近幾年，隨著微機電系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、無線通信技術(shù)和計算技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)應(yīng)運而生。它是由集感知、計算和通信能力的微型傳感器節(jié)點，以Ad hoc方式構(gòu)成的無線通信網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)的快速布署、多跳路由、動態(tài)拓?fù)?、健壯性、以?shù)據(jù)為中心和面向應(yīng)用等特性，使得它在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、智能家居、軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。在大規(guī)模部署的網(wǎng)絡(luò)中，如何有效延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期，提

2、升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝恳蕴岣呔W(wǎng)絡(luò)整體性能，始終是WSN的研究重點。本文圍繞這個重點，在傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂啤⑿菝邫C制、節(jié)點協(xié)作、確定性覆蓋方面，展開了相應(yīng)的研究，主要成果有： 分別在頻率平坦信道與頻率選擇信道條件下構(gòu)建了分簇傳感器網(wǎng)絡(luò)簇間協(xié)作通信模型，并做了較詳細(xì)分析。針對衰落信道，對傳感器網(wǎng)絡(luò)簇間通信信道容量進(jìn)行了分析，并給出相應(yīng)的理論表達(dá)式。 在分簇拓?fù)浞桨富A(chǔ)上對VMIMO在WSN中的應(yīng)用進(jìn)行了更進(jìn)一步的分析研究。

3、考慮了利用選擇分集及最大比合并的方式，選擇性能更好的信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在發(fā)射簇利用空時分組碼對協(xié)作節(jié)點進(jìn)行空時編碼，在接收簇利用最大似然譯碼算法對協(xié)作節(jié)點接收的信號進(jìn)行聯(lián)合譯碼。本文提出的N S節(jié)點優(yōu)化選擇算法除在比不考慮節(jié)點選擇有更好的節(jié)能性能之外，還比chemoff性能界對系統(tǒng)的能耗描述有更好的精確度，因此更適合系統(tǒng)模型的分析。同時，它并不隨節(jié)點數(shù)的增加而降低發(fā)送數(shù)據(jù)率或增加系統(tǒng)電路模塊的能量消耗，非常適合大量節(jié)點協(xié)作的場合，也適用

4、于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化的場景。 在考慮傳感器節(jié)點異質(zhì)性的前提下，提出了一種結(jié)合節(jié)點異質(zhì)性，基于簇間節(jié)點協(xié)作通信的傳感器網(wǎng)絡(luò)通信傳輸方案。在已有簇頭節(jié)點概念的基礎(chǔ)上，本文提出虛擬簇頭節(jié)點的概念，把整個傳感器網(wǎng)絡(luò)通信過程劃分為兩個階段，簇內(nèi)通信階段與簇間通信階段。對各類型節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸時的能量消耗模型進(jìn)行了相應(yīng)的建模，并做了理論分析與計算機仿真，驗證了新的通信傳輸方案在能量有效性方面的優(yōu)勢。 為盡可能地延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生存時間

5、，增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，提出一種考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點異質(zhì)性和冗余性的拓?fù)渌惴⊿EA(Sleep-scheduling& Energy-efficientAlgorithm)。與現(xiàn)有相關(guān)研究相比，SEA能更好地解決節(jié)點異質(zhì)問題，并充分利用了節(jié)點冗余性。仿真結(jié)果證明，此算法可有效地延長網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定周期和提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。 構(gòu)建了一個基于目標(biāo)追蹤的傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型，利用超聲波的傳輸特性及測距原理，結(jié)合三維定位原理，提出定位網(wǎng)絡(luò)基本單元概念，并