基于虛擬MIMO的無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由大量具有通信和計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成本低廉、應(yīng)用功能豐富便利，為無線溫室測控系統(tǒng)的建立提供了有力的技術(shù)支撐。然而傳感器節(jié)點(diǎn)的小尺寸限制了其攜帶的能量，且不便頻繁更換節(jié)點(diǎn)電池，能量問題便成為無線溫室測控系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)。因此無線溫室測控系統(tǒng)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)就是高效使用傳感器節(jié)點(diǎn)的能量，延長傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命期。
　　 在分析影響WSN能耗主

2、要因素和現(xiàn)存節(jié)能技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文提出應(yīng)用于中小規(guī)模無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的虛擬多輸入多輸出(Virtual MIMO)分簇算法。該算法基于動態(tài)功率管理的節(jié)能技術(shù)，引入高能效的虛擬MIMO通信方式，循環(huán)隨機(jī)選取簇頭均衡網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載，以延長WSN壽命。為構(gòu)建能量實(shí)驗(yàn)平臺，應(yīng)用超低功耗單片機(jī)MSP430F135和支持IEEE802.15.4協(xié)議的CC2420無線收發(fā)芯片，實(shí)現(xiàn)無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的硬件節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)了傳感器節(jié)點(diǎn)

3、和匯聚節(jié)點(diǎn)的軟件。在實(shí)驗(yàn)平臺上對溫室環(huán)境下節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率與RSSI關(guān)系做了實(shí)驗(yàn)研究，求解出溫室環(huán)境中的路徑損耗指數(shù)，以建立虛擬MIMO的分簇網(wǎng)絡(luò)能耗模型。重點(diǎn)研究網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、節(jié)點(diǎn)分布密度以及路徑損耗指數(shù)對虛擬MIMO WSN節(jié)能性能的影響，并以網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間最長為優(yōu)化目標(biāo)，采用遺傳算法優(yōu)化影響WSN性能的關(guān)鍵參數(shù)——簇頭比例。研究結(jié)果表明，虛擬MIMO分簇算法比LEACH算法在節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間方面更加優(yōu)越，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇恰當(dāng)時(shí)，其生存時(shí)