协作式MIMO无线传感器网络能量效率优化研究

摘要

无线传感器网络是由大量传感器节点通过自组织方式构成的网络，它能够实时监测、感知和采集各种监测对象的信息，是一种全新的信息获取和处理技术，有着广阔的应用前景。传感器节点由电池供电，由于部署环境等原因，不易对电池进行充电或更换。因此，传感器网络的一个典型特征是能量受限，提高网络能量效率是无线传感器网络设计的重要目标。协作式MIMO技术是最近提出的传感器网络有效节能技术，其利用传感器节点密集分布特性，多个单天线传感器节点通过协作形成虚拟多天线阵列，实现以较低能耗进行可靠通信。协作式MIMO传感器网络能量效率优化关注与两个方面：一是使数据传输能耗最低；二是保证网络内节点能耗均衡，延长网络生存时间。
　　 本文详细分析了协作式MIMO数据传输中的本地传输能耗和远程传输能耗。建立了数据传输总能耗最小化模型，以数据源节点（协作域）与汇聚节点间的距离动态配置通信参数（协作节点数量等），使数据传输总能耗达到最低。为保证网络内节点的能耗均衡，本文讨论了协作节点选取方式，提出了基于节点剩余能量最大和本地传输能耗最低两种节点选取方式。剩余能量最大选取方式选取剩余能量最大的节点作为协作节点，适用于传感器节点分布较密集的网络；本地传输能耗最低选取方式在考虑节点剩余能量的同时还参考了节点的位置，在节点分布较为稀疏的网络中相对于剩余能量最大选取进一步降低了本地传输能耗。本文通过仿真给出了能耗最低的协作MIMO通信参数典型设置，并比较了不同协作节点选取方式在不同应用环境下的性能，并在最后部分进行了研究总结。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 无线传感器网络概述

1.1.1 无线传感器网络结构

1.1.2 传感器节点结构与能耗特点

1.1.3 无线传感器网络特征及设计考虑因素

1.1.4 无线传感器网络的应用

1.2 选题目的和意义

1.3 论文主要工作

1.4 论文结构

第二章 相关知识及研究现状

2.1 协作与协作通信

2.1.1 协作的概念

2.1.2 人类社会中的协作

2.1.3 无线网络中的协作

2.1.4 传感器网络中的协作

2.2 MIMO技术

2.2.1 MIMO基本原理

2.2.2 MIMO系统信道容簧

2.2.3 MIMO系统的空时编码

2.3 协作式MIMO无线传感器研究现状

2.4 本章小结

第三章 协作式MIMO无线传感器网络能耗分析

3.1 协作式MIMO无线传感器网络系统模型

3.2 系统能耗分析

3.2.1 传感器节点电路能耗

3.2.2 本地传输能耗分析

3.2.3 远程传输能耗分析

3.3 系统能耗优化模型

3.4 参数配置仿真

3.5 本章小结

第四章 协作式MIMO协作节点选取方式

4.1 协作节点选取目标

4.1.1 无线传感器网络生存时间度量

4.1.2 节点能耗均衡性度量

4.2 剩余能量最大协作节点选取方式

4.2.1 选取方式设计

4.2.2 剩余能量最大选取方式数据传输流程

4.2.3 剩余能量最大选取性能分析

4.3 能耗最小协作节点选取方式

4.3.1 选取方式设计

4.3.2 能耗最小协作节点选取方式数据传输流程

4.3.3 能耗最小选取方式性能分析

4.4 本章小结

第五章 仿真与性能分析

5.1 仿真环境

5.2 仿真结果与分析

5.3 本章小结

第六章 结束语

6.1 研究工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者攻读学位期间发表的学术论文