無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的跨層優(yōu)化研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由分布在給定區(qū)域內(nèi)足夠多的無線傳感器節(jié)點構(gòu)成的一種新型信息獲取系統(tǒng)。它包括信息獲取、信息傳輸和信息處理三大子領(lǐng)域的技術(shù)，各節(jié)點之間通過專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)信息的交流、匯集和處理，從而實現(xiàn)目標(biāo)的探測、識別、定位與跟蹤。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)既是一種機遇，同時也給研究它的人們帶來了新的挑戰(zhàn)。在典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點由電池供電，一般情況下電池難以充電或更換，整個網(wǎng)絡(luò)的容量和性能受到節(jié)點能量的制約。因此，如何降低能量消耗，是傳感

2、器網(wǎng)絡(luò)需要解決的首要問題之一。由于各層協(xié)議的設(shè)計都會影響能量的消耗，對網(wǎng)絡(luò)層、MAC 層及物理層聯(lián)合考慮的跨層優(yōu)化技術(shù)已成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個新興領(lǐng)域。 本文分析了現(xiàn)有的基于網(wǎng)絡(luò)分層協(xié)議的傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型和算法，著重總結(jié)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的一些研究成果。同時比較了跨層優(yōu)化算法中，聯(lián)合物理層、MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層的TDMA 跨層優(yōu)化算法和非TDMA 最優(yōu)跨層優(yōu)化算法。在此基礎(chǔ)上，本文首先建立了基于同步小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的仿

3、真模型，采用了沒有鏈路干擾的時分復(fù)用（TDMA）調(diào)度技術(shù)和可變調(diào)制星座體積的傳輸方案，使跨層優(yōu)化問題中的非凸優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化問題，從而便于模型的求解。通過對仿真模型物理層參數(shù)的分析得出：盡管物理層星座體積的變化能夠提高網(wǎng)絡(luò)生命周期，但是當(dāng)星座體積不存在變化的情況下，存在一個固定的星座體積b，當(dāng)所有鏈路均采用此星座體積進行傳輸數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)生命周期將接近物理層星座體積變化時所獲得的最大網(wǎng)絡(luò)生命周期。以此結(jié)論為基礎(chǔ)，本文將仿真模型拓展為非