节点冗余分簇无线传感器网络的跨层设计与优化节能技术

无线传感器网络是近年来信息科学产业界的热点研究领域，对其瓶颈问题- - 节能问题的研究非常活跃。从物理链路层到网络高层的独立层节能技术和跨层联合节能设计技术是节能研究的主要方向。由于在冗余节点分簇无线传感器网络中，从物理层到网络层的独立层、层间及系统整体存在着较开阔的大幅度节能技术研究空间，因此，本项目着重针对冗余节点分簇无线传感器网络的节能优化技术进行研究，包括研究物理层多节点电池工作模式、链路层调制和多天线技术、MAC层TDMA技术和路由层节能负载均衡技术等独立层节能技术，解决物理链路、链路-MAC、物理链路-MAC-路由等跨层设计和优化关键节能技术。本项目技术的研究与应用，将显著降低无线传感器网络功耗，提高网络生存寿命，为网络能量管理和网络工程设计提供理论和实际指导，并将为我国在该领域的技术领先和经济发展做出贡献。

无线传感器网络（WSNs）是近几年来国际信息科学产业界的热点研究领域。针对WSNs中的节能问题，本课题对WSNs的跨层节能优化技术进行了深入的研究，研究内容主要包括：1）引入考虑电池电容效应的非线性电池模型，建立了WSNs中节点、通信链路和网络实际能量消耗模型，研究了正交调制FSK和PPM在物理链路层上的节能优化方案及其适用范围；2）结合正交调制技术，研究了普通WSNs中物理层、链路层、MAC层以及路由层的跨层节能优化问题；3）引入同时考虑电池电容效应和恢复效应的混合非线性电池模型，研究了多重冗余节点采集发送数据的节能机理，并结合分簇路由协议，提出了分簇WSNs中的多层跨层节能优化技术Crosslayer-LEACH；4）改进经典LEACH协议，并结合MIMO技术，对网络层和物理层进行了联合跨层设计，提出基于分簇的协作MIMO节能传输方案；5）根据国内外研究的最新进展，对项目进行了一定的拓展，对WSNs的定位检测与估计技术、移动WSNs节能优化部署、以及人工智能算法在WSNs中的应用进行了研究。本课题的研究将为无线传感器网络的能量节省、能量管理和网络协议优化提供理论依据，并对无线传感器网络设计和应用起到实际指导性作用。项目组成员在国内、国外期刊及国际会议上共发表论文11篇，其中10篇被EI收录，共培养硕士研究生6名，其中4名已毕业，2名在读。