无线传感器网络协作通信技术的能量效率研究

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在无线传感器网络中,由于传感器节点一般采用电池供电,能量有限,且应用环境条件复杂,使得节点难以补充能量。因此,如何高效地使用能量,最大化网络生命周期成为传感器网络研究者面临的首要挑战。无线传感器节点主要的能量消耗用于数据的接收和发送。采取措施减少节点的发送能耗和接收能耗对减少整个网络的能耗起着至关重要的作用。研究表明:在相同吞吐量的要求下,发送相同的信息,MIMO系统所消耗的能量小于SISO系统。因此,在无线传感器网络中引入MIMO技术可以节省网络的发送能耗。由于传感器节点物理尺寸的限制,一个传感器节点只能支持一根天线,在无线传感器网络中直接使用多天线技术是不现实的。因此有研究者提出把一个传感器节点作为一根天线,通过多个节点的协作通信来实现虚拟MIMO系统,从而提高系统性能。基于此,本文首先研究无线传感器网络中协作通信技术(即虚拟MIMO技术),将这种协作通信方案与传统的通信方案进行比较。然后利用仿真结果说明协作通信技术有较高的能量效率。最后本文将协作通信技术和多跳技术结合,提出一种新的多跳传输模型,并通过仿真实验证明本文提出的多跳模型不仅增加了信息的传输距离,并且在固定速率系统和变速率系统中都具有较高的能量效率。能够增加信息传输距离和提高整个网络能量效率是本文提出模型的两大特点。本文在最后总结了无线传感器网络协作通信技术。并列举了多跳模型在性能上的优势和缺陷,并对将来的工作进行了展望。
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