无线传感器网络中最佳协同节点选择策略研究

论文摘要

无线传感器网络包含大量智能传感节点,传感器节点分布在大范围地理区域内,实时地提供周围态势信息。广泛应用于军事、区域监视、环境检测、远程控制等领域。协同通信技术是一种新的空间分集技术。无线传感器网络中采用协同通信技术进行收集、交换和分析数据,可以有效提高信息精确度,并大大减少节点的能源消耗。是无线传感器网络研究中的热点问题之一。MIMO技术因其可使得系统容量显著提高而受到广泛重视,但因为传感器节点的物理条件限制而难以应用在无线传感器网络中。而协同通信技术解决了这个难题,利用邻居节点的单天线来形成发送用户的虚拟多天线阵列,从而获得空间分集增益。无线传感器网络中使用协同通信技术时,协同伙伴的选择是一个重要问题。本文在分析了现有的协同伙伴选择策略的基础上,深入研究了目前性能最好的两种协同伙伴选择方案:基于机会中继的协同伙伴选择策略和虚拟MIMO策略。并针对现有方案在无线传感器网络中的不足提出了能量有效的机会协同伙伴选择策略（ EEOCPS, Energy Effective Opportunistic Cooperative Partner Selection strategy）和提高公平性的虚拟MIMO策略（F-MIMO, Fair MIMO strategy）。EEOCPS策略在机会中继协同选择策略的基础上,加入能量因子并引入自适应协同参数机制,理论分析和计算机仿真表明EEOCPS策略切实减少了节点的能量消耗,提高了网络的吞吐量。F-MIMO策略针对经典虚拟MIMO策略中存在的网络负载不均衡问题提出了解决方案,通过在传感器节点中引入计数器来记录参与协同的程度,并由阈值控制是否参与协同。理论分析和计算机仿真表明F-MIMO策略使得网络负载分布更加均匀,有效延长了网络工作时间,显著改善了网络性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 英语缩略语对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 协同通信发展概况
• 1.3 协同伙伴选择研究现状
• 1.4 研究内容和本文所做的工作
• 1.5 本文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络中的协同通信
• 2.1 引言
• 2.2 无线传感器网络
• 2.2.1 无线传感器网络特点
• 2.2.2 无线传感器网络关键技术
• 2.3 协同通信
• 2.3.1 协同通信的基本思想
• 2.3.2 协同通信的系统性能分析
• 2.4 协同分集协议
• 2.4.1 协同分集协议分类
• 2.4.2 各种协同分集方案分析比较
• 2.5 协同伙伴选择策略
• 2.5.1 基于位置信息或平均SNR 的协同伙伴选择策略
• 2.5.2 基于即时信道状况的协同伙伴选择策略
• 2.5.3 协同伙伴选择方案分析比较
• 2.6 本章小结
• 第3章 能量有效的机会协同伙伴选择策略
• 3.1 机会中继协同策略
• 3.2 改进的机会中继协同策略
• 3.2.1 最佳协同伙伴选择依据
• 3.2.2 冲突概率分析
• 3.2.3 性能改进
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.3.1 仿真模型及参数设置
• 3.3.2 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 虚拟MIMO 中协同节点选择策略
• 4.1 虚拟MIMO 策略
• 4.1.1 MIMO 系统与空时编码技术
• 4.1.2 虚拟MIMO 协同无线传感器网络
• 4.2 提高公平性的虚拟MIMO 策略
• 4.2.1 F-MIMO 策略时序设定
• 4.2.2 同步分析
• 4.2.3 能量效率
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.3.1 仿真模型及参数设置
• 4.3.2 仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 未来研究工作设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文和申请的专利
• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书