無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂坪腕w系結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計.pdf

1、隨著微系統(tǒng)技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，20世際90年代術(shù)在美國發(fā)端了具有現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)技術(shù)。該網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中監(jiān)測對象的信息，并將其傳送給遠(yuǎn)處的用戶。其后，該技術(shù)相繼被一些重要機構(gòu)預(yù)測為將改變世界的重要新技術(shù)之一，相關(guān)研究工作也在世界許多國家轟轟烈烈

2、地開展起來。本文在目前已有的傳感器網(wǎng)絡(luò)研究基礎(chǔ)上，針對改善網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境變化的適應(yīng)性、優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和節(jié)省網(wǎng)絡(luò)耗能等幾個方面開展了大量的調(diào)查研究工作，并取得了一定的成果。 適應(yīng)環(huán)境變化是大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的一項重要評測標(biāo)準(zhǔn)。但是，已有的啟發(fā)機制并不能很好地解決該問題。為此，本文提出了一種改進(jìn)的節(jié)點動態(tài)參與啟發(fā)機制(DynamicJoiningMechanism，DJM)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量的要求改變節(jié)點狀態(tài)來維持一個由活躍節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)拓

3、撲。另一方面，在層次型結(jié)構(gòu)中，傳感器網(wǎng)絡(luò)被劃分成相連的簇，每個簇由簇頭和簇員構(gòu)成。簇頭負(fù)責(zé)傳送簇內(nèi)、中繼簇間消息到基站，簇內(nèi)其他節(jié)點采集感知信息并發(fā)送給簇頭。然而，傳感器節(jié)點能力有限，難以較好地?fù)?dān)當(dāng)簇頭的職責(zé)，特別當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時需要很多簇頭，相應(yīng)的開銷也會增加。因此，本文設(shè)計了一種應(yīng)用多入多出通信方式(MultiInputMultiOutput，MIMO)的新型層次型傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)降低了網(wǎng)絡(luò)整體耗能，減少了簇頭個數(shù)。最后，通過

4、實驗?zāi)M驗證了該方法的有效性。 本文的主要工作和貢獻(xiàn)包括： 研究和分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征和主要研究方向。 深入分析了經(jīng)典ASCENT啟發(fā)算法及其存在的問題，并設(shè)計了一種改進(jìn)的節(jié)點動態(tài)參與機制來解決該問題。 研究了層次型傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，簇頭選舉算法及改進(jìn)算法。 對現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡(luò)中協(xié)作式MIMO系統(tǒng)的優(yōu)缺點進(jìn)行分析后，研究了如何利用MIMO等通信方式構(gòu)建一種新型的異構(gòu)分簇傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)