基于虚拟MIMO的WSN路由协议研究

摘要

以若干无线传感器节点为主体，随机或者人工根据地理位置信息进行部署，在一定范围区域内，节点通过无线发射器将传感器监测到的数据，根据某种路由协议等约定，进行数据通信，并最终成功的将数据传输到汇聚节点或基站，这一整个网络，我们称之为无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）。传感器节点往往可以代替人工，对一些人工难以监测、重复累赘监测或者具有重大危险的场景进行数据监测。凭借着其诸多优势，无线传感器网络的应用范围也越来越广泛。
　　然而，由于传感器成本的限制，其节点自身的资源也相应的受到限制，尤其是能量约束。针对这一问题，大量的专家学者相继对无线传感器网络的各个层面进行了研究与分析。尤其是在数据通信和路由协议这一块，获得了大量的研究成果。目的就在于尽量的减少和均衡各节点的能耗，保证传感器网络的持续性稳定传输。然而，在路由协议这一块，还或多或少的存在一些问题。比如节点能耗不够均衡，数据传输效率较低，基站附近节点过快死亡这一“热区”问题等。
　　通过阅读大量参考文献，对分布式分簇的优势和虚拟MIMO技术有了一定的了解。针对数据传输效率、能耗负载均衡和“热区”问题，本文工作如下：
　　(1)提出一种分布式分簇路由算法。此算法的分簇参数分别为节点剩余能量，通信功率级，簇内通信成本。同时，采取了簇头轮转的模式，平衡了簇内的节点能耗。将虚拟MIMO这一优秀技术应用在提出的算法，对其进行了扩展，大大提高了网络的数据传输效率。
　　(2)针对“热区”问题，提出了一种解决方案。将全网分为普通区域和热点区域。热点区域内的节点，在分簇阶段，将其簇头竞争半径缩小，从而使分簇后的节点节省接收簇内节点的能量，用于簇间数据的中继转发，并对本文所提出的算法进行仿真实验分析。

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第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 国内外发展现状与发展趋势

1.3 本文主要研究工作

1.4 本文结构框架

第2章 无线传感器网络技术

2.1 无线传感器网络的概念

2.2 无线传感器网络的结构

2.3 无线传感器网络的特点

2.4 无线传感器网络的关键技术

2.5 无线传感器网络路由协议

2.6 分簇路由协议分析

2.7 本章小结

第3章 基于虚拟MIMO的能耗均衡分布式分簇协议

3.1 问题陈述

3.2 网络模型

3.3 分布式分簇方式

3.4 簇间能耗均衡

3.5 虚拟MIMO应用于分布式分簇

3.6 能耗估计分析

3.7 本章小结

第4章 仿真实验与结果分析

4.1 实验环境

4.2 协议仿真结果

4.3本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

附录