协作MISO在无线传感器网络中的节能技术研究

【摘要】：无线传感器网络是由大量的空间分布式传感器节点组成，通过无线多跳的方式，把所监测区域内的感兴趣信息进行及时的感知、采集和处理，最终传送到远方目的终端的网络系统。其应用涉及到诸多领域，但自身却是能量受限型的网络，因此如何能够在实现网络应用要求的前提下，更大程度的节省能量开销成为研究无线传感器网络的核心问题。 本文首先对无线通信领域中能够有效提高信道和系统容量的协作MISO传输技术进行了深入研究，通过运用有限速率反馈技术、波束形成技术以及自适应调制编码技术等节能技术，提出了针对传输端不同信道状态信息的协作MISO策略，其中分析了反馈三种不同信道状态信息的情形。该协作MISO策略的接收节点依据获得的信道状态信息，优化得到最佳的波束形成权值和自适应调制编码方式，通过反馈的方式使得传输节点能够以最优的传输功率传输数据信息。通过MATLAB仿真验证，表明基于有限反馈Q-CSI的协作MISO策略可以获得与其它两种策略几乎一样的节能性能，但其适用范围更为广泛。 在上述分析的基础上，从充分利用邻居节点信息和动态调整传输功率的角度出发，将基于有限反馈Q-CSI的协作MISO策略与分簇网络相结合，建立了一种新的协作MISO节能传输算法。该算法利用邻居节点信息来选择协作节点，采用有限反馈信道状态信息来调整传输节点的传输功率。在MATLAB平台上进行仿真验证，仿真结果表明：与LEACH算法、MISO-LEACH算法相比，协作MISO节能传输算法更加节省整个网络的能量开销，同时获得良好的通信性能。 【关键词】：协作MISO 无线传感器网络 节能技术 传输端的信道状态信息 有限速率反馈
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 第1章 绪论7-10
• 1.1 课题背景及意义7-8
• 1.2 论文的主要工作8
• 1.3 论文的结构安排8-10
• 第2章 无线传感器网络中的节能技术10-28
• 2.1 WSN 概述10-15
• 2.1.1 WSN 的体系结构10-11
• 2.1.2 WSN 的自身特征11-12
• 2.1.3 WSN 的应用领域12-13
• 2.1.4 WSN 的关键技术13-14
• 2.1.5 WSN 的能耗考虑14-15
• 2.2 WSN 中的节能技术15-26
• 2.2.1 协作 MISO 传输技术概述17-20
• 2.2.2 协作 MISO 传输技术的研究现状20-24
• 2.2.3 其它节能传输技术24-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第3章 协作网络中基于有限反馈的协作 MISO 策略28-49
• 3.1 系统模型28-30
• 3.2 基于有限反馈 F-CSI 的协作 MISO 策略30-34
• 3.2.1 最优波束形成权值的确定31-32
• 3.2.2 最优传输速率和功率的确定32-34
• 3.2.3 在线反馈和传输参数的调整34
• 3.3 基于有限反馈 I-CSI 的协作 MISO 策略34-37
• 3.3.1 最优波束形成权值的确定34-35
• 3.3.2 最优传输速率和功率的确定35-36
• 3.3.3 在线反馈和传输参数的调整36-37
• 3.4 基于有限反馈 Q-CSI 的协作 MISO 策略37-43
• 3.4.1 最优波束形成权值的确定37-39
• 3.4.2 自适应调制编码方式的确定39-42
• 3.4.3 在线反馈和传输参数的调整42-43
• 3.5 基于有限反馈不同 CSI 协作 MISO 策略的仿真验证43-48
• 3.5.1 各参数分配情况44
• 3.5.2 影响传输功率的参数44-46
• 3.5.3 传输功率对比46-48
• 3.6 三种策略分析48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 分簇网络中基于 Q-CSI 的协作 MISO 节能传输算法49-67
• 4.1 系统模型49-52
• 4.2 协作节点的选择52-53
• 4.3 基于 Q-CSI 的协作 MISO 节能传输算法的数据传输53-54
• 4.3.1 数据采集53
• 4.3.2 信道状态信息的获取53
• 4.3.3 最优波束形成权值和自适应调制编码方式的确定53
• 4.3.4 数据传输53-54
• 4.4 基于 Q-CSI 的协作 MISO 节能传输算法的能耗分析54-61
• 4.4.1 电路能耗模型54-56
• 4.4.2 簇内通信能耗模型56-59
• 4.4.3 簇间通信能耗模型59-61
• 4.4.4 中继跳步数模型61
• 4.5 协作 MISO 传输算法的仿真验证61-66
• 4.5.1 节能性能分析61-65
• 4.5.2 传输性能分析65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第5章 结论67-69
• 5.1 本文主要工作67
• 5.2 进一步的研究内容67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士学位期间的研究成果74

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