[发明专利]无线传感器网络中一种高能效节点协作传输方法

说明书

本发明公开了无线传感器网络中一种高能效节点协作传输方法。无线传感器网络中协作通信基于多中继协作网络模型，并且在中继节点处引入缓存队列用于消息包的存储。协作中继网络模型由信源节点S、N个具有一定的存储缓存队列且随机分布的WSN节点组成协作节点簇和目的节点D共同构成WSN网络。在满足系统传输误码率约束的条件下，以无线传感器网络协作节点传输能耗最小作为目标，对节点协作传输过程中的数据包大小、调制参数、协作中继数、信源－协作簇距离等各个因素与系统能耗之间的关系进行了分析，选择能效达到最优时的最佳协作节点集合。本发明方法可以有效提高无线传感器网络节点协作传输的能量有效性。

技术领域

本发明属于信息与通信工程技术领域，涉及无线传感器网络(Wireless SensorNetworks,WSN)中协作传输技术以及协作中继节点的选择技术，特别是无线传感器网络中一种高能效节点协作传输方法。

背景技术

随着可持续发展和节能减排的观念深入人心，通信产业的能量消耗与环境保护问题也日益受到关注。全球的通信技术行业都在研究和制定相关节能标准，绿色通信这一理念是通信行业节能环保的体现。近年来协作通信这一技术快速发展，该技术主要利用无线网络中所有潜在的中继节点参与协作传输。协作通信技术可以显著提高网络容量，并且有效降低用户的能耗、延长网络的生命周期和提高吞吐量等优势。这些优点对于节点能量有限的无线传感器网络具有重要价值。

无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)是由大量传感器节点组成，具有数据采集、信号处理及无线通信的能力，被广泛应用于军事侦察、环境监测、医疗保健和应急救援等领域。无线传感网中的节点往往具有微型、低成本和低功耗等特点，其中低功耗是无线传感器网络的首要设计目标。在无线传感器网络中，传感器节点进行本地数据采集、数据处理和数据存储，簇首节点CH进行数据融合并转发来自其它簇首节点的数据，再利用邻近的簇首节点进行多跳传输，直到数据到达汇聚节点。汇聚节点通常能够进行复杂的信息处理、数据存储和远距离的无线通信，汇聚节点与管理节点通过移动通信网络、Internet或卫星等进行通信，用户可以通过管理节点与传感器节点实现信息交互。

协作通信技术(Cooperative Communications)，其主要思想是利用无线网络中多节点之间的相互协作，形成虚拟多天线阵列，实现空间分集和传输路径共享，其目的是提高通信容量、传输速率和系统性能，以减少电池能耗和延长网络寿命、增大传输范围等。协作通信技术包括中继选择、功率控制、信道分配、分组调度等，其中，中继选择技术和节点功率控制技术是协作通信中的关键技术。协作通信系统的性能受通信链路影响很大，选择不同的中继节点产生了不同的传输信道，因此中继节点的选择直接影响了协作通信系统性能的好坏。根据被选的中继数目的不同，可以将其分为两种不同的协作策略：1、单中继协作网络；2、多中继协作网络。能量是无线通信网络中十分重要的资源，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。功率控制是在系统资源有限的前提下，以优化协作通信系统服务质量QoS(系统容量、中断概率、速率等)为目标，在一定的条件下最大化WSN网络的生命周期。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供无线传感器网络中一种高能效节点协作传输方法。本发明针对WSN网络协作通信中转发的数据包大小、调制参数、协作中继数、信源－协作簇距离，对WSN网络节点协作通信能耗进行联合优化，得到一种最佳协作中继选择策略，有效提高WSN节点协作传输的能效、延长网络的生命周期和提高吞吐量等。