[发明专利]一种延长无线传感器网络生命周期的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信、传感器技术、信息采集与处理技术、网络技术、物联网技术领域，尤其涉及一种延长无线传感器网络生命周期的方法。

背景技术

无线传感器网络中的节点主要包括传感器模块、中央微处理器模块和无线收发模块，其原理图如图1所示。

无线传感器网络是集数据采集、信息处理和无线通信等功能于一体的新型分布式自组织网络，在军事、环保、医疗和空间探索等领域具有很大的潜力。无线通信中的MIMO 运用发射端和接收端的多副天线来改善无线通信性能，而无需额外的无线带宽，这些性能可以是频谱效率、数据吞吐量、链路范围、链路可靠性、多用户情形中的QoS。MIMO技术可以能通过空间复用,增加信道容量，也可以能通过分集增益，用于对抗无线信道衰落,增强无线链路的可靠性，降低发送端的通信能量损耗。通过多个无线传感器节点协作构成的协作MIMO系统具有能耗小，传输快等特性,能降低网络能耗,延长网络生存时间，提高网络传输速率。在基于MIMO技术的无线传感器网络中，分簇算法是决定协作MIMO实现与影响网络能耗性能的关键技术。

发明内容

1.    所要解决的技术问题

传统的无线通信技术过于复杂，对资源的占用较高且功耗较大。

2.    技术方案

为了解决以上问题，本发明提供了一种延长无线传感器网络生命周期的方法，系统采用无线传感器网络跨层设计模型，图2所示是结合MIMO技术的多跳LEACH协议工作模型。系统按照LEACH协议不断重复簇的重构过程，每次重构称为一个回合。数据传输时，在网络层采用了多跳路由技术，在物理层嵌入了MIMO技术，源节点采集到的数据以多跳MIMO方式传送到基站。簇内采用具有二次衰落特性的高斯白噪声信道，簇间采用非频率选择性慢衰落瑞利信道模型。图2 结合MIMO技术的多跳LEACH协议工作模型假设各节点具有全局唯一的标识ID且已知基站位置，各节点具有相同的初始能量且发射功率可调。

在无线传感器网络中,分簇算法形成的拓扑结构将整个网络监测区域划分为若干个簇,每个簇通常有一个簇头和多个成员节点。在簇内,通过簇头选取一些成员节点作为协作节点共同传输数据,这样就构成一个了协作MIMO系统。基于这一思想,本章将结合分簇路由算法和MIMO技术进行跨层设计,并提出一个网络负载均衡的传输协议。在第二章中,本文针对LEACH协议中存在的族头分布不均勻和簇头产生时未考虑到节点的能量状态这两点不足,提出了一个能量有效的协议EE-LEACH。但EE-LEACH协议中采用的扇形区域划分策略,并不适合应用在大规模的网络中,因此,本章将在EE-LEACH协议的基础上,采用正六边形区域划分的策略对网络进行分簇,并结合MIMO技术,提出一种结合协作MIMO的分族传输协议,从而达到有效节省网络能量并均衡网络负载的目的,本文称其为EB-LEACH-MIMO协议。

3.    有益效果

MIMO系统不单单运用了信道增益矩阵的结构来获得相互独立的信号通路，实现空间复用，增加信道容量，同时也通过运用天线阵列的空间距离，得到阵列增益以及分集增益，用来对抗无线信道衰落，增强无线链路的可靠性，减少发送端的通信能量损耗，因此MIMO技术与SISO技术相比较而言，不但在能耗以及误码率相同的情况下，获得较高的信息传送速率，而且负载与误码率的一定的情况下，大大降低通信功率。

附图说明

图1无线传感器网络节点原理图

图2 结合MIMO技术的多跳LEACH协议工作模型

具体实施方式

下面通过实施例来对本发明进行详细说明。

实施例1

其工作方式如下，

系统的工作过程分为一个个的回合，每个回合又分为建立阶段和稳定阶段。

1、建立阶段