基于協(xié)作MIMO的WSN節(jié)能路由算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的部署在監(jiān)測區(qū)域的分布式網(wǎng)絡(luò)，其能夠以協(xié)作的方式對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的多種目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測、感知、采集和處理，并以自組織多跳的方式將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至觀察者。WSN最大的限制就是傳感器節(jié)點(diǎn)的能量有限并不可替代。路由負(fù)責(zé)將源節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)匯集至目的節(jié)點(diǎn)，在這個過程中會消耗大量的能量。所以，降低傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗，設(shè)計(jì)一個能夠盡可能延長WS

2、N生存周期的路由算法，對長期運(yùn)行的WSN來說是最具挑戰(zhàn)性的問題?，F(xiàn)有的路由算法多是基于單輸入單輸出(Single-InputSingle-Output，SISO)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成，存在傳輸能耗高且不可靠的缺點(diǎn)。隨著通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，路由算法的設(shè)計(jì)要求能夠適應(yīng)更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，并且與其他技術(shù)也要結(jié)合起來。研究表明，在相同的信噪比條件下，多輸入多輸出(Multi-InputMulti-Output，MIMO)系統(tǒng)相比SISO系

3、統(tǒng)可以提供更加可靠的通信。在WSN中引入?yún)f(xié)作MIMO技術(shù)，節(jié)點(diǎn)間通過協(xié)作通信可以產(chǎn)生分集增益，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和降低能耗。
　　本文在目前已有研究的基礎(chǔ)上，針對WSN能量有限、能耗不均衡的特點(diǎn)，基于協(xié)作MIMO技術(shù)，提出一種能耗均衡的協(xié)作路由算法—EBCR算法(Energy BalancedCooperative Routing Algorithm)。該算法首先根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)域首數(shù)目，基于虛擬網(wǎng)格算法，將WSN部署區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)分割

4、成域。針對虛擬網(wǎng)格算法在域首節(jié)點(diǎn)選舉階段的不足進(jìn)行改進(jìn)。在每個區(qū)域中選取靠近質(zhì)心、剩余能量大的節(jié)點(diǎn)作為域首。這樣，可以在保證全網(wǎng)均勻分域的前提下，確保域首節(jié)點(diǎn)均勻分布。其次，為了使協(xié)作MIMO技術(shù)能夠更好的應(yīng)用于WSN中，提出了能量高效的協(xié)作節(jié)點(diǎn)選擇算法。在選擇協(xié)作節(jié)點(diǎn)時，首先根據(jù)預(yù)設(shè)的信噪比門限范圍來確定協(xié)作節(jié)點(diǎn)的可選集合，再綜合考慮可選節(jié)點(diǎn)的剩余能量、信道狀態(tài)和到達(dá)域首節(jié)點(diǎn)的距離，選擇出域首節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)協(xié)作節(jié)點(diǎn)。在域間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中，