隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展,作為物聯(lián)網(wǎng)技術的重要基石,無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network,WSN）憑借自組織,大規(guī)模以及拓撲動態(tài)化的特點,近年來在很多領域得到廣泛的應用,例如軍事偵查、環(huán)境監(jiān)測,災害預警等領域。然而由于傳感器節(jié)點的能量受限,所以如何提高節(jié)點的能量使用效率,延長網(wǎng)絡的生命周期就顯得極為重要。本文的傳感器節(jié)點部署在地下管廊中,針對因地下管廊長而窄的管道結構而導致網(wǎng)絡能耗不均衡的問題,提出了一種基于地下管廊的節(jié)能分簇路由協(xié)議。該協(xié)議從多個方面優(yōu)化網(wǎng)絡的性能,均衡網(wǎng)絡的能耗。本文主要研究工作如下:首先,闡述了WSN的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀,介紹了WSN的體系結構、網(wǎng)絡特點和相關技術,同時還概述了WSN路由協(xié)議的特點和設計要求,以及常見的經(jīng)典協(xié)議。其次,針對由于地下管廊長而窄的管道結構而引起的網(wǎng)絡能耗極其不均衡問題,本文提出了一種適于地下管廊的節(jié)能分簇路由協(xié)議。該協(xié)議提出了一種新的應用于地下管廊的無線傳感器網(wǎng)絡模型,并推出網(wǎng)絡的最優(yōu)簇數(shù)來均衡整個網(wǎng)絡能耗;以大母簇選舉來均衡簇的大小和簇內節(jié)點的分布;以綜合考慮節(jié)點的剩余能量、節(jié)點與基站的距離和節(jié)點的局部密度來... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：58 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

地下城市管道綜合走廊

杭州電子科技大學碩士學位論文2的傳輸。并且隨著通信和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，為了能夠隨時隨地的遠程監(jiān)控管廊內部的情況，節(jié)約人力、物力、財力，此時作為無線通信方式的無線傳感器網(wǎng)絡就開始應用在地下管廊中，也越來越發(fā)揮著不可替代的作用，而且相較于通信電纜等有線通信方式，無線傳感器網(wǎng)絡在架設成本和通信可靠性上均表現(xiàn)出了強大的優(yōu)勢[5]。無線傳感器網(wǎng)絡[6,7]通常是由一些具有一個或多個的低成本低功耗的傳感器節(jié)點組成，傳感器包含有存儲器、電源、處理器，無線收發(fā)模塊。節(jié)點間通過協(xié)同工作來監(jiān)測某一區(qū)域，收集該區(qū)域的數(shù)據(jù)。傳感器節(jié)點因由電池供電而使能量受限，怎樣在受限的能量下保證較長的網(wǎng)絡生命周期和可靠的傳輸是無線傳感器網(wǎng)絡應用的關鍵。由于無線傳感器網(wǎng)絡在很多方面具有獨特的優(yōu)勢，使得它在國防軍事、環(huán)境監(jiān)測以及智能家居等領域[8]有著重要的應用價值。在地下管廊的無線傳感器網(wǎng)絡中，為提升網(wǎng)絡的覆蓋率及減少信息的冗余度，節(jié)點的放置形式一般是線性或半線性。在地下管廊的一定長度地段內，均有一個匯聚節(jié)點，該節(jié)點負責接收地段內所有簇首傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。隨后，各匯聚節(jié)點分別以單跳或多跳的傳輸形式將融合后的各地段數(shù)據(jù)信息發(fā)送到控制中心進行最終的任務決策，如圖1.2所示。因此，為了最大程度地延長網(wǎng)絡生命周期，人們需要設計應用于地下管廊的節(jié)能高效的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議。圖1.1地下城市管道綜合走廊圖1.2地下管廊中WSN節(jié)點部署圖

杭州電子科技大學碩士學位論文72相關技術概述無線傳感器網(wǎng)絡（wirelesssensornetwork，WSN）是一種具有分布式特點的自組織網(wǎng)絡，通常由分布在監(jiān)測區(qū)域中大量的集感知、通訊及信息存儲與處理等功能于一體的小型傳感器節(jié)點所組成，節(jié)點能夠實時且準確地收集監(jiān)測區(qū)域中的環(huán)境信息。2.1無線傳感器網(wǎng)絡結構2.1.1無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)結構無線傳感器網(wǎng)由大量的傳感器節(jié)點組成。通常，根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點是否分類成簇首節(jié)點和普通節(jié)點，將無線傳感器網(wǎng)絡分為兩種拓撲結構，分別是平面拓撲結構和分層拓撲結構。2.1.1.1平面拓撲結構無線傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點部署在監(jiān)測區(qū)域內，節(jié)點收集到監(jiān)測區(qū)域內的信息，并通過單跳或多跳的傳輸方式將信息數(shù)據(jù)傳送至基站，經(jīng)過基站處理融合后。將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理中心，進行最后的處理分析[32]。如圖2.1所示，在此結構中，網(wǎng)絡中的所有節(jié)點具有相同的等級，即不存在負責對一定范圍內的節(jié)點進行收發(fā)數(shù)據(jù)的管理節(jié)點。該結構內節(jié)點排布簡單且便于維護，不足之處在于網(wǎng)絡內節(jié)點能耗分布極其不均勻。因此，平面拓撲結構不適用于災區(qū)、森林和河流等大規(guī)模區(qū)域。圖2.1WSN平面拓撲結構2.1.1.2分層拓撲結構目前主流的網(wǎng)絡結構是分層拓撲結構，如圖2.2所示，將網(wǎng)絡節(jié)點群分成各個大小不一的簇結構，每個簇中均包含一個簇首與若干個成員節(jié)點，其中成員節(jié)點負責從監(jiān)測區(qū)域中感知環(huán)境信息并傳送給，簇首，簇首則負責接收成員節(jié)點傳送的信息，并結合自身感知的環(huán)境信息進行數(shù)據(jù)融合，最后將融合后的信息傳送到匯聚節(jié)點或基站。與平面拓撲結構相比，本結構的網(wǎng)絡生命周期更長，可擴展性更強[33]。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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[4]基于微粒群和神經(jīng)網(wǎng)絡的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點定位算法研究[D]. 周書旺.山東師范大學 2011
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本文編號：3464201