合作分集對(duì)WSN路由的影響與AnRaF協(xié)議研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新興的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是能夠自主實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、融合和傳輸應(yīng)用的智能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，由大量具有通信與計(jì)算能力的微小傳感器節(jié)點(diǎn)組成，能夠根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)。WSN是一種大規(guī)模、無(wú)人值守、資源嚴(yán)格受限的全分布系統(tǒng)，采用多跳對(duì)等的通信方式，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，具有自組織、自治、自適應(yīng)等智能屬性。它的應(yīng)用前景不可估量的同時(shí)，也給網(wǎng)絡(luò)的通信、組網(wǎng)、管理和協(xié)同信息處理等帶來(lái)新的問(wèn)題。WSN設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于：在有效傳輸數(shù)據(jù)的情況下節(jié)

2、省有限的能量資源來(lái)獲取更長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)壽命。 合作通信(又稱(chēng)合作分集)技術(shù)是一種新的空間分集技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)用戶(hù)之間共享天線(xiàn)構(gòu)成虛擬天線(xiàn)陣列，對(duì)比于傳統(tǒng)的多天線(xiàn)系統(tǒng)(MIMO)，并不要求用戶(hù)終端配備多根天線(xiàn)，大大降低了用戶(hù)終端的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本，但同時(shí)又享有多天線(xiàn)系統(tǒng)的好處，通過(guò)利用空間分集對(duì)抗信道衰落，提高傳輸?shù)馁|(zhì)量。 由于無(wú)線(xiàn)信道的廣播特性，十分利于合作傳輸，因此將合作通信引入自組織網(wǎng)絡(luò)成為新的研究熱點(diǎn)。但是大多數(shù)合作通信

3、的研究集中在物理層，合作引入后對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的更高層的影響并沒(méi)有很好的展開(kāi)討論?；诤献魍ㄐ诺暮献髀酚墒且粋€(gè)新的研究領(lǐng)域，并且現(xiàn)有的研究表明合作能夠大大降低自組織網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，這一點(diǎn)十分適合能量資源有限的WSN。 本文的貢獻(xiàn)在于研究了合作通信對(duì)于WSN物理層以上的影響，并提出了相應(yīng)的MAC協(xié)議和路由協(xié)議。主要內(nèi)容歸納如下： ·將路徑衰落考慮到各個(gè)合作協(xié)議如AF、DF、AFF、SDF等的中斷概率推導(dǎo)中，得到了在相同中斷概率的情

4、況下，合作對(duì)通信距離的影響。結(jié)果表明，合作使得通信距離有較大的增加，尤其是在中斷概率較低的情況下。在此基礎(chǔ)上，研究了合作帶來(lái)的通信距離的改變對(duì)網(wǎng)絡(luò)連接度的影響：如果初始網(wǎng)絡(luò)是連接的，當(dāng)冗余節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入休眠后覆蓋區(qū)域沒(méi)有減少的情況下‘通信距離R是感知距離r兩倍'是保證合作WSN連接度的充分條件。優(yōu)化節(jié)點(diǎn)分布，提出WSN的合作結(jié)構(gòu)，一種介于平面結(jié)構(gòu)和分層結(jié)構(gòu)之間的網(wǎng)絡(luò)配置，這種結(jié)構(gòu)能夠大大減少監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)密度。 ·在研究合作對(duì)于通信

5、距離的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)位置對(duì)合作性能的影響很大，位置信息包括兩個(gè)因素：中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間的距離；中繼節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在源節(jié)點(diǎn)處的夾角。提出了基于角度信息的隨機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議AnRaF，由于角度信息的熵要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地理位置信息的熵，角度信息的獲取和維護(hù)更為容易。多跳性能、能量性能和時(shí)延性能的研究表明，基于角度信息的路由協(xié)議能以一半的活動(dòng)鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)取得和其余協(xié)議(如GeRaF)相同的性能。·研究合作引入WSN后對(duì)于現(xiàn)有的基于競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的無(wú)線(xiàn)信