隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與科技的快速發(fā)展,建筑物種類和數(shù)量不斷增多,其在給生產(chǎn)生活帶來(lái)便利的同時(shí),也給消防帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。因此,研究有效的消防預(yù)警系統(tǒng)意義重大。傳統(tǒng)消防報(bào)警系統(tǒng)大多是采用有線方式,不具備火災(zāi)早期的檢測(cè)能力。而現(xiàn)有無(wú)線消防報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)報(bào)警方面仍存在一定的問(wèn)題。隨著無(wú)線通信技術(shù)的飛躍式發(fā)展,無(wú)線消防探測(cè)節(jié)點(diǎn)己經(jīng)成為無(wú)線消防發(fā)展的必然趨勢(shì),加之近年來(lái)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)技術(shù)日趨成熟,可將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能消防結(jié)合,構(gòu)建基于WSN的智能消防報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有功耗低、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單,組網(wǎng)方式靈活、成本低和低時(shí)延等優(yōu)勢(shì),能在很大程度上提高火災(zāi)報(bào)警的可靠性,從而有效避免火災(zāi)的發(fā)生。信息的實(shí)時(shí)可靠傳輸是提高基于WSN智能消防系統(tǒng)的預(yù)警能力的前提,因此本文對(duì)WSN的信息保障技術(shù)進(jìn)行研究,包括分簇、跨層路由以及故障容錯(cuò)機(jī)制,為WSN信息傳輸提供有力保障。主要工作如下:首先,研究了面向智能消防的WSN分簇算法。分簇可簡(jiǎn)化WSN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提高數(shù)據(jù)交換效率和信道復(fù)用率。由于面向智能消防的WSN節(jié)點(diǎn)眾多,傳統(tǒng)分簇算法效率較低。因此,本文以能量有效為前提,基于粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法與和聲搜索(Harmony Search,HS)算法對(duì)WSN進(jìn)行分簇,提出了PSO-C分簇算法。首先利用HS算法對(duì)局部進(jìn)行最優(yōu)解的搜索;然后在每輪結(jié)束時(shí),借助PSO粒子的移動(dòng)性利用HS算法對(duì)另一區(qū)域進(jìn)行最優(yōu)解搜索,并更新和聲記憶矩陣;最后輪回次數(shù)結(jié)束,得到最優(yōu)簇頭數(shù)和簇頭節(jié)點(diǎn)。仿真結(jié)果表明,與經(jīng)典LEACH分簇協(xié)議相比,PSO-C的分簇結(jié)果較好,有效提高了網(wǎng)絡(luò)的能量利用效率,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生存周期。其次,研究了面向智能消防的WSN跨層路由問(wèn)題。設(shè)計(jì)了MNCLR跨層路由協(xié)議,其融合網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的分簇、時(shí)隙分配信息。首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初始化即建立局部位置信息表和簇劃分。然后建立路由表,包括簇內(nèi)路由和簇間路由協(xié)議的設(shè)計(jì)。最后根據(jù)WSN的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了相應(yīng)的簇及路由表的維護(hù)規(guī)則。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)AODV和GPRS路由協(xié)議相比,在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模一定的前提下,MNCLR路由協(xié)議能有效降低端到端的信息傳輸時(shí)延,并有效提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。最后,研究了面向智能消防的WSN故障容錯(cuò)機(jī)制,設(shè)計(jì)了基于網(wǎng)絡(luò)編碼的ARQ容錯(cuò)機(jī)制,其通過(guò)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼的方式對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼,然后根據(jù)信宿節(jié)點(diǎn)需要收到的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)和信道丟失率來(lái)確定編碼產(chǎn)生的冗余數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù),以減小傳輸過(guò)程中的開銷。最后,分別建立了無(wú)任何容錯(cuò)機(jī)制的WSN、基于傳統(tǒng)ARQ的WSN和基于網(wǎng)絡(luò)編碼的WSN的數(shù)學(xué)模型,從其可靠性和能量消耗的角度對(duì)三種模型進(jìn)行性能比較分析。最后對(duì)其性能進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的ARQ機(jī)制相比,NC-ARQ機(jī)制能在不增加能耗的前提下提高信息傳輸?shù)目煽啃?從而保證面向智能消防WSN消息的可靠性傳輸。
【學(xué)位單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU892;TP212.9;TN929.5
【部分圖文】：

(5) 智能家居利用 WSN 技術(shù)將各種家具設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制操作它們，而且居民能夠?qū)揖唠S時(shí)隨地的進(jìn)行監(jiān)控，使得住房體驗(yàn)更加舒適，安全性也得以極大提高。除此之外，WSN 技術(shù)也適用于安全設(shè)施監(jiān)測(cè)、自然災(zāi)害搜救、工業(yè)自、智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、精細(xì)農(nóng)業(yè)、智能物流、目標(biāo)跟蹤等諸多領(lǐng)域均。相用見(jiàn)圖 2-4。

第三章 基于能量有效的 WSN 分簇協(xié)議設(shè)計(jì)3.1 引言分簇是 WSN 的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)分簇將 WSN 網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，簇內(nèi)通過(guò)簇頭的調(diào)度完成通信過(guò)程，簇間則通過(guò)各簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的中繼完成通信，大大簡(jiǎn)化 WSN 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低了通信鏈路間的干擾，從而提高數(shù)據(jù)交換效率和信道復(fù)用率，同時(shí)避免了因網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚植孔兓瘜?duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由重構(gòu)、資源重新分配帶來(lái)的資源開銷，提高網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性。分簇示意圖如圖 3-1 所示。

（4）進(jìn)行選擇操作更新HM（5）當(dāng)前迭代次數(shù)達(dá)到T ，則停止；否則，重復(fù)（3）、（4）直至當(dāng)次數(shù)達(dá)到T 。HS 搜索算法能夠在較短時(shí)間內(nèi)從解空間中搜索到最優(yōu)解。但是在數(shù)值程中，易陷入局部最優(yōu)。3.3 PSO-C 算法能耗模型與網(wǎng)絡(luò)模型.3.1 能耗模型由于 WSN 節(jié)點(diǎn)能量受限，在進(jìn)行分簇協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)必須參考節(jié)點(diǎn)能量消，其能耗模型如圖 3-2 所示[8]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

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本文編號(hào)：2832426