64、无线传感器网络的优化设计与编码技术

无线传感器网络的优化设计与编码技术

1. 无线传感器网络网关优化框架

在无线传感器网络（WSN）的设计中，网关的合理放置与互连至关重要。我们提出了一种优化框架，旨在解决网关在区域内的放置问题，并通过无线网状网络（WMN）的无线链路将其与汇聚节点互连。由此形成的网络架构是一种异构多跳无线网络，短距离低速率链路用于互连传感器节点，而长距离高速率链路则在网关之间构建无线骨干网。

1.1 优化目标

优化的目标是在网络安装成本（若网关安装成本相同，则为网关数量）和能耗之间进行权衡。能耗建模时考虑了直接连接到网关的关键节点的负载。网关的选择需满足多跳传感器覆盖约束，以确保每个传感器能在最大跳数内到达一个网关。此外，网关之间的无线网络必须连通，以便将数据传输到汇聚节点。

1.2 解决方案

采用整数线性规划（ILP）模型来获取合理规模实例的最优解。该问题的公式化可以考虑WSN中任何类型的路由机制，并仅考虑其对网络能源效率的影响。通过分析ILP公式中多个参数对最优解的影响，发现覆盖约束和路由方案会对整体网络成本和能源效率产生重大影响。

对于大规模问题实例，我们基于ILP模型的连续松弛开发了启发式算法。这些启发式算法能在短时间内提供接近最优解（误差在10%以内），并可用于规划包含数千个节点的大型网络。

2. 无线传感器网络中的分集技术与编码方案

2.1 分集技术概述

传感器之间的通信分集技术是提高接收质量和电池寿命的有效工具。合作通信中常用的增加分集的方法是传感器（中继）选择，但该方法可能导致长时间选择相同（附近）的传感器进行传输。另一种替代技术是合作平衡空时分组编