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随着微电子及网络技术的发展,无线传感器网络(WSN)的广阔应用前景日益获得国内外学术界的广泛关注。无线传感器节点(SN)以其低成本,低功率,分布式,多功能的特点得到广泛应用,但这些特点也预示着网络在连通性和稳定性上的隐患。为了延长网络的生存期,改善和提高通信性能,有研究者提出放置少量成本高,功率大的中继节点(RN)来起到与BS,SNs和其他RNs通信的作用。借助中继节点的转发改善无线信号的传输质量,提高系统的吞吐量。所以中继节点的放置策略优劣直接决定着网络整体性能,寿命等指标。鉴于中继节点在无线网络中的巨大作用,学术界和工业界都对中继节点的放置问题展开了深入的研究。本文就减少中继节点个数为目标做了以下工作:
1.单跳范围内使用非协作通信算法
首先回顾分析前人在中继节点放置问题上所做的工作,针对目前放置算法中没有充分利用网络拓扑结构和计算量过大的问题,提出了一项对单跳范围内的中继节点放置问题的改进,该算法利用中继节点连接的传感器节点不超5个的特点,能以较小的计算量最小化单跳范围内的中继节点个数。仿真实验表明,与其他中继节点放置方案相比,本文提出的算法在未增加计算量的基础上能有效的减少中继节点数目。
2.单跳范围外使用协作通信算法
近年来,一种能有效地实现网络资源高效使用的新型通信模型——协作通信,日益获得人们的关注。该技术通过共享不同节点之间的时隙,节点天线等资源,实现协作分集,协同传输和协作路由等新技术。已广泛应用在蜂窝网络,无线传感器网络及Ad hoc等无线网络中。在协作通信网络中,每个节点只要一根天线,不需要额外的硬件成本。通过利用协作通信让多个节点同时发送相同的数据到一个目的节点,可以极大地增加节点的传输范围。根据协作通信这个特点,本文开创性的提出利用协作通信来解决无线传感器网络中的中继节点放置问题。这个问题是NP难的,为此提出了一个启发式的算法来高效地解决该问题。通过理论分析和仿真实验验证,相对其他方案,该算法在减少中继节点数目上有很大提升。