题目：基于协作通信的无线传感器网络节能问题研究

无线传感器网络中，传感器节点通常依靠电池供电。更换节点的电池比较困难或者成本较高。因此，节能问题就成为无线传感器网络设计的重点考虑因素之一。多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）技术凭借在无线衰落信道中获得的分集增益可以极大地降低一定误比特率门限下节点的发射功率，进而节省传输能量。由于节点资源有限，传感器节点通常只能配备单根天线，在无线传感器网络中难以直接应用MIMO技术。但是，多个单天线节点可以联合起来构成虚拟天线阵列，形成协作通信系统，协作收发信息，节省网络能量。本论文将协作MIMO作为协作通信的具体形式研究无线传感器网络的节能问题。主要工作如下：首先，本论文将无数据发送的空闲节点作为帮助节点引入到协作MIMO中以节省网络能量，并对帮助节点个数进行优化，最小化能量消耗。在优化中发现，帮助节点个数随数据节点个数的增加而减少，但总共参加协作的最优节点个数并不随数据节点个数的变化而变化。通过数值计算，传输距离、误比特率门限和调制尺寸对协作节点个数和网络能量消耗的影响也在本论文中加以了讨论。基于优化结果，本论文还设计了一个能量开销较小的帮助节点参与的协作机制并对其进行仿真。仿真结果表明帮助节点参与的协作MIMO可以较大地节省网络能量并延长网络生命时间。其次，本论文研究了多跳传输网络中协作MIMO节能问题，推导出能量有效的最优一跳传输距离。为了进一步节省网络能量，还对一跳传输距离和协作成员节点个数进行联合优化。与非协作多跳传输和协作MIMO直接传输的比较可以看出协作MIMO多跳传输可以较大地节省网络能量。另外，本论文针对MIMO自组织网络，联合优化了多竞争时隙媒体接入控制协议中竞争时隙个数和节点发射功率，利用MIMO空间复用提高了自组织网络通过量。