无线传感器网络中协作通信的能量有效性分析

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1、第3A期季薇等：无线传感器网络中协作通信的能量有效性分析·37·无线传感器网络中协作通信的能量有效性分析季薇1,2，郑宝玉2（1.上海交通大学电子工程系，上海200240；2.南京邮电大学信号处理与传输研究院，江苏南京210003）摘要：由于无线传感器网络节点能量受限，因而基于协作的通信方式在满足吞吐量和时延要求的同时，必须使网络能耗最小化。以单信源、中继簇和单信宿组成的两跳链路为基本分析模型，基于协作分集技术对无线传感器网络通信能耗进行了分析，并对有协作分集和无协作分集情况下的网络能耗进行了比较。实验结果表明，协作通信方式在信源

2、、信宿间距离较大的情况下具有更好的能量有效性，其中协作分集通信方式比中继通信方式具有更小的能量消耗。关键词：协作分集；能量有效性；无线传感器网络中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1000-436X(2008)3A-0033-05EnergyefficiencyforwirelesssensornetworksbasedoncooperativediversityJIWei1,2,ZHENGBao-yu2(1.ElectronicEngineeringDepartment,ShanghaiJiaotongUniver

3、sity,Shanghai200240,China;2.InstituteofSignalProcessingandTransmission,NanjingUniversityofPosts&Telecommunications,Nanjing210003,China)Abstract:Energyefficiencyisacrucialproblemforcooperativecommunicationinenergy-constrainedwirelesssensornetworks.Basedontwo-hopmodelco

4、mposedofsinglesource,singlesinkandrelaycluster,energyefficiencyanalysesforcooperativewirelesssensornetworkswerepresented.Simulationresultsshowthatenergyefficiencyofwirelesscommunicationbasedoncooperativediversityisbetterthanthatwithoutcooperativediversity.Keywords:coo

5、perativediversity;energyefficiency;wirelesssensornetworks第3A期季薇等：无线传感器网络中协作通信的能量有效性分析·37·1引言收稿日期：2008-01-06基金项目：国家自然科学基金资助项目（60372107）；江苏省高校自然科学重大基础研究项目(06KJA51001)；江苏省科技厅自然科学基金重大项目（BK2007729）FoundationItems:TheNationalNaturalScienceFoundationofChina(60372107);KeyGran

6、tandBasicResearchProgramsofNaturalScienceFundforHigherEducationofJiangsuProvince(06KJA51001);KeyGrantResearchProgramsofNaturalScienceFundofScienceandTechnologyDepartmentofJiangsuProvince(BK2007729)协作分集是空间分集的一种新形式，它利用无线信道的广播特性，选择部分邻居节点作为中继，辅助信源进行数据包的传送。信源、中继和信宿之间形成的虚拟多

7、天线阵列可实现空间分集的效果，从而有效抵抗无线信道固有的衰落特性的影响，进而改善系统性能[1]。协作分集方法最初被用在蜂窝网络中，以提高网络容量。随着研究的深入，协作分集的思想越来越多地被用于以自组织方式组网的无线adhoc网络和传感器网络[2~5]第3A期季薇等：无线传感器网络中协作通信的能量有效性分析·37·。在这类网络中，节点的能量、存储、计算和通信带宽等资源有限，单个节点的功能比较弱，网络的强大功能要由众多节点协作实现。节点一般是由电池供电的，而且电池能量通常难以进行补充，因而能量有效性在该类网络中至关重要，如何通过节点间

8、的协作提高网络的能量有效性成为人们普遍关注的问题。通常，无线通信中的能耗来自两个方面，即所有功率放大器的能耗（又称路径能耗）和其他电路能耗（又称电路能耗）。在大距离传输中，路径能耗占主导地位，因而人们常常将电路能耗忽略不计。然而，在短距离传输中，电