無線傳感器網絡生命周期的跨層優(yōu)化研究.pdf

1、無線傳感器網絡是由分布在給定區(qū)域內足夠多的無線傳感器節(jié)點構成的一種新型信息獲取系統(tǒng)。它包括信息獲取、信息傳輸和信息處理三大子領域的技術，各節(jié)點之間通過專用網絡協(xié)議實現(xiàn)信息的交流、匯集和處理，從而實現(xiàn)目標的探測、識別、定位與跟蹤。無線傳感器網絡的出現(xiàn)既是一種機遇，同時也給研究它的人們帶來了新的挑戰(zhàn)。在典型的無線傳感器網絡中，節(jié)點由電池供電，一般情況下電池難以充電或更換，整個網絡的容量和性能受到節(jié)點能量的制約。因此，如何降低能量消耗，是傳感

2、器網絡需要解決的首要問題之一。由于各層協(xié)議的設計都會影響能量的消耗，對網絡層、MAC 層及物理層聯(lián)合考慮的跨層優(yōu)化技術已成為無線傳感器網絡研究的一個新興領域。 本文分析了現(xiàn)有的基于網絡分層協(xié)議的傳感器網絡優(yōu)化模型和算法，著重總結了物理層、數(shù)據鏈路層和網絡層的一些研究成果。同時比較了跨層優(yōu)化算法中，聯(lián)合物理層、MAC 層、網絡層的TDMA 跨層優(yōu)化算法和非TDMA 最優(yōu)跨層優(yōu)化算法。在此基礎上，本文首先建立了基于同步小規(guī)模網絡的仿

3、真模型，采用了沒有鏈路干擾的時分復用（TDMA）調度技術和可變調制星座體積的傳輸方案，使跨層優(yōu)化問題中的非凸優(yōu)化問題轉換為凸優(yōu)化問題，從而便于模型的求解。通過對仿真模型物理層參數(shù)的分析得出：盡管物理層星座體積的變化能夠提高網絡生命周期，但是當星座體積不存在變化的情況下，存在一個固定的星座體積b，當所有鏈路均采用此星座體積進行傳輸數(shù)據時，網絡生命周期將接近物理層星座體積變化時所獲得的最大網絡生命周期。以此結論為基礎，本文將仿真模型拓展為非