【摘 要】 无线传感器网络（WSN，Wireless sensor networks）是一门新兴的综合性技术，这些技术包括：嵌入式智能技术、传感监控技术、无线通信技术与自组织网络等，这使得WSN在工业、农业、国防、医疗、体育等方面具有广阔的应用前景。许多情况下，WSN中大量的传感器节点被随机部署在各种人类难以接近的场所，更换大量节点电池是件很困难的工作，此外，WSN一般工作在实时监测监控的环境，需要长时间连续工作，因此，能量消耗是WSN设计中极其关键的问题，它直接影响到整个网络的使用寿命。本文的网络设计中的... 更多 >> 无线传感器网络（WSN，Wireless sensor networks）是一门新兴的综合性技术，这些技术包括：嵌入式智能技术、传感监控技术、无线通信技术与自组织网络等，这使得WSN在工业、农业、国防、医疗、体育等方面具有广阔的应用前景。许多情况下，WSN中大量的传感器节点被随机部署在各种人类难以接近的场所，更换大量节点电池是件很困难的工作，此外，WSN一般工作在实时监测监控的环境，需要长时间连续工作，因此，能量消耗是WSN设计中极其关键的问题，它直接影响到整个网络的使用寿命。本文的网络设计中的相关技术也围绕着能耗问题而展开。具体的研究工作分为如下五个部分。（1）在前期研究工作中，针对小型WSN，提出了一种基于代价的CEERP路由协议，对网络的能耗和时延性能进行了分析，确定了首个节点死亡前系统完成的通信轮数的上下限。在采用能耗与时延的乘积作为性能评价标准的前提下，对多种同类协议的性能进行了分析和比较。最后，在节点稀疏部署和非理想信道的情况下分别对CEERP的性能进行了进一步仿真。结果表明，CEERP协议在能耗与时延的综合性能上相对于其它同类协议具有很大的优越性。（2）根据大型网络的特点，建立了基于协作MIMO的多跳分布式WSN系统模型。对协作MIMO通信中的簇间长传输距离与簇内短传输距离进行了分析， 找到了与传统SISO传输相比较节省能量的距离门限。为解决同构协作WSN能量节省与能耗均衡问题，根据无线传输距离的定性理论分析提出了一种新的基于剩余能量与距离门限的动态分簇(DCREDT，Dynamic clustering selection algorithm based on remained energy and distance thresholds )选择算法。在能量节省的前提下使剩余能量较大的节点优先成为簇首，实现了簇首与其它节点之间的能耗均衡。研究中分析了采用DCREDT选择算法进行多跳传输的总能耗,并仿真验证了该算法的有效性。（3）针对提出的基于协作MIMO的分簇算法，为解决WSN中多跳路由优化问题，提出了一种新的基于距离门限的代价协作路由算法CRAT（CRAT，Cost-based routing algorithm with thresholds）。在算法中，传输路径从监视节点以一定距离门限无止境延伸到汇聚节点。针对协作MIMO传输的特点，定义了新的代价函数，仿真验证了代价函数的合理性与有效性。（4）为进一步提高能效，完善DCREDT分簇算法和CRAT路由算法，本文对多路径数据采集中的数据进行了融合，并将原来的比特级传输转化成数据包传输，并以传感节点采用非均匀分布来克服能量空洞问题。提出了一种优化的OCRAT（OCRAT，Optimized Cost Routing Algorithm with Thresholds）算法。该算法中设计了路由指令发送过程，分析了路由过程中的能量消耗情况，仿真分析和比较了不同情况下的网络使用寿命，验证了OCRAT的合理性与有效性。（5）在协作MIMO技术中，采用协作分集的实现方式主要有三种：即放大转发、检测转发和编码协作。放大转发与检测转发方式是基于重传的，有采用STBC空时编码的方式，也有采用直接重传的方式。而在编码协作方式中，利用信道编码，将序列分成不同的码段，然后各用户直接分发码段到终端。为进一步研究WSN中的协作传... << 收起
