無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制和體系結(jié)構(gòu)的研究與設計.pdf

1、隨著微系統(tǒng)技術、通信技術和計算機技術的飛速發(fā)展，20世際90年代術在美國發(fā)端了具有現(xiàn)代意義的無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)技術。該網(wǎng)絡由部署在監(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)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中監(jiān)測對象的信息，并將其傳送給遠處的用戶。其后，該技術相繼被一些重要機構(gòu)預測為將改變世界的重要新技術之一，相關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)絡研究基礎上，針對改善網(wǎng)絡對環(huán)境變化的適應性、優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)和節(jié)省網(wǎng)絡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。 適應環(huán)境變化是大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡的一項重要評測標準。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的節(jié)點動態(tài)參與啟發(fā)機制(DynamicJoiningMechanism，DJM)，根據(jù)網(wǎng)絡通信質(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)絡拓

3、撲。另一方面，在層次型結(jié)構(gòu)中，傳感器網(wǎng)絡被劃分成相連的簇，每個簇由簇頭和簇員構(gòu)成。簇頭負責傳送簇內(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，難以較好地擔當簇頭的職責，特別當網(wǎng)絡規(guī)模較大時需要很多簇頭，相應的開銷也會增加。因此，本文設計了一種應用多入多出通信方式(MultiInputMultiOutput，MIMO)的新型層次型傳感器網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)降低了網(wǎng)絡整體耗能，減少了簇頭個數(shù)。最后，通過

4、實驗模擬驗證了該方法的有效性。 本文的主要工作和貢獻包括： 研究和分析了無線傳感器網(wǎng)絡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，并設計了一種改進的節(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)絡結(jié)構(gòu)，簇頭選舉算法及改進算法。 對現(xiàn)有傳感器網(wǎng)絡中協(xié)作式MIMO系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行分析后，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)絡結(jié)構(gòu)，以節(jié)省網(wǎng)絡