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近年来,随着无线技术、微电子机械系统(MEMS)技术的发展,无线传感器网络技术取得了巨大的进步。传感器等信息获取技术和传送技术的进步,为无线传感器网络的发展和应用奠定了基础。无线传感器网络由于其快速布局、抗毁性强、监测精度高、覆盖区域大等特点而产生了广阔的应用前景,由此成为了当前信息领域的研究热点之一。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中,分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的十大技术之一。
在无线传感器网络中,传感器结点体积微小并采用能量有限的电池来供电,其计算能力和通信能力有限,因而节能成为无线传感器网络设计的核心。从路由的角度看,无线传感器网络有其自身的特点,使它既不同于传统网络,又不同于移动自组网。无线传感器网络路由设计的基本特点可以概括为:能量低、规模大、移动性弱、拓扑易变化、使用数据融合技术和通信的不对称。所以,能量高效的路由是无线传感器网络中的一个研究热点问题之一。
本文着重研究了面向应用的无线传感器网络路由技术,试图从低能耗方面优化大规模无线传感器网路路由性能。
首先,通过对目前无线传感器网络路由的研究,提出了无线传感网单传输系统和基于空时分组码的全协同传输系统性能的比较准则,该比较准则中定义了传输中断概率P<,CT>。根据中断概率P<,CT>的定义,分析计算出协同传输最优发射功率的门限电平。该门限电平的得出,使p<1/J的定性证明进一步深入,得到了定量的计算方法,为无线传感器网络的节能设计提供了参考。在上述比较准则的基础上,又推导出了基于空时分组码的全协同传输系统的节能方法。该节能方法的基本原理就是将信号分集发射,接收端在时间同步后进行合并,大大降低了节点发射功率。仿真结果表明,该节能方法可以使结点发射功率下降60%以上。
其次,基于空时分组码的无线传感网协同传输系统虽然性能非常优越,但需要理想同步,针对在实际应用中理想同步实现比较困难的问题,本文又提出了基于选择分集的无线传感网协同传输系统的节能方法。该节能方法的基本原理就是将信号分集发射,接收端选择信噪比最大链路作为最终传输数据链路。虽然性能略逊于基于空时分组码的无线传感网协同传输系统,但不需要严格的同步,在实际应用中更容易的实现。仿真结果表明,该节能方法可以使结点发射功率下降35%以上,极大地提高了传感器结点能量利用效率,从而较大幅度地延长了网络的生命周期。