基于虛擬MIMO的無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網絡結構研究.pdf

1、無線傳感器網絡(WSN)是由大量具有通信和計算能力的微小傳感器節(jié)點構成，能根據環(huán)境自主完成指定任務的智能網絡系統(tǒng)。無線傳感器網絡成本低廉、應用功能豐富便利，為無線溫室測控系統(tǒng)的建立提供了有力的技術支撐。然而傳感器節(jié)點的小尺寸限制了其攜帶的能量，且不便頻繁更換節(jié)點電池，能量問題便成為無線溫室測控系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)。因此無線溫室測控系統(tǒng)的首要設計目標就是高效使用傳感器節(jié)點的能量，延長傳感器網絡的生命期。
　　 在分析影響WSN能耗主

2、要因素和現存節(jié)能技術的基礎上，本文提出應用于中小規(guī)模無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網絡的虛擬多輸入多輸出(Virtual MIMO)分簇算法。該算法基于動態(tài)功率管理的節(jié)能技術，引入高能效的虛擬MIMO通信方式，循環(huán)隨機選取簇頭均衡網絡能量負載，以延長WSN壽命。為構建能量實驗平臺，應用超低功耗單片機MSP430F135和支持IEEE802.15.4協(xié)議的CC2420無線收發(fā)芯片，實現無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網絡的硬件節(jié)點設計，同時設計了傳感器節(jié)點

3、和匯聚節(jié)點的軟件。在實驗平臺上對溫室環(huán)境下節(jié)點發(fā)射功率與RSSI關系做了實驗研究，求解出溫室環(huán)境中的路徑損耗指數，以建立虛擬MIMO的分簇網絡能耗模型。重點研究網絡規(guī)模、節(jié)點分布密度以及路徑損耗指數對虛擬MIMO WSN節(jié)能性能的影響，并以網絡生存時間最長為優(yōu)化目標，采用遺傳算法優(yōu)化影響WSN性能的關鍵參數——簇頭比例。研究結果表明，虛擬MIMO分簇算法比LEACH算法在節(jié)能和網絡生存時間方面更加優(yōu)越，當網絡結構參數選擇恰當時，其生存時