基于虛擬MIMO的WSN分簇協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）是物聯(lián)網(wǎng)技術的重要組成部分，近年來受到廣泛的討論和關注，成為研究熱點并已被應用于國家安全和國民經(jīng)濟等多方面。WSN由大量具有能量限制的無線傳感器節(jié)點所組成，如何提高單個節(jié)點和整個網(wǎng)絡的能效，是非常關鍵的問題，也是研究的的重中之重。多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術，是通信領域的重大技術突破，它能夠利用收發(fā)兩端的

2、多天線陣列，通過對數(shù)據(jù)進行空時編碼傳輸，有效利用多徑衰落，獲得分集增益和空間復用增益，從而提高頻譜利用率和信道容量，進而降低單位比特數(shù)據(jù)傳輸所需能耗。為了將MIMO技術應用于節(jié)點體積有限的WSN，虛擬MIMO（Virtual MIMO，VMIMO）技術應運而生。本文對虛擬MIMO技術應用到WSN做了以下方面的研究：
　　第一，分析了WSN技術和MIMO技術的優(yōu)勢和特點。研究了WSN的網(wǎng)絡構成、通信協(xié)議體系、應用前景以及路由拓撲協(xié)議

3、等，分析了各種路由協(xié)議的優(yōu)缺點。研究了MIMO技術的原理、特性和優(yōu)勢。
　　第二，研究了虛擬MIMO應用于WSN的優(yōu)勢、可行性，以及節(jié)點組織方式、網(wǎng)絡拓撲路由和傳輸機制等。
　　第三，提出一套較為完整的、基于分簇和多跳路由的新型協(xié)作式虛擬MIMO路由協(xié)議方案。
　　在大規(guī)模的虛擬MIMO系統(tǒng)中，節(jié)點組織結構和優(yōu)化具有十分重要的意義。由于分簇具有減少數(shù)據(jù)冗余、減少全網(wǎng)路由維護開銷、使網(wǎng)絡更穩(wěn)定、方便節(jié)點組織虛擬 MIMO

4、等優(yōu)點，因此，當前較為典型的節(jié)點組織方式是基于分簇的協(xié)作式MIMO，即每個簇選擇一到兩個簇頭來進行簇間虛擬MIMO通信。
　　然而大部分分簇方案均采用周期性全網(wǎng)重新分簇，在每次重新分簇后，都要重新建立簇間多跳路由，從而造成電源浪費。
　　本文所提出的協(xié)議方案采用簇內的簇頭輪換的策略，避免大量重新分簇所帶來的額外開銷，提高了網(wǎng)絡能效。同時，提出一種“跨跳”操作，平衡了不同簇和節(jié)點的能耗和生存周期。
　　第四，建立了虛擬