【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市生活污水的排放量越來越大,對污水處理效率的要求也越來越高。使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)污水處理在線監(jiān)測,相對傳統(tǒng)手段,成本更低,實(shí)時(shí)性更好。路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的關(guān)鍵問題,它直接影響網(wǎng)絡(luò)性能和監(jiān)測質(zhì)量。本文通過大量調(diào)研和比較,對適用于污水處理在線監(jiān)測的無線分簇路由和機(jī)會(huì)路由展開深入研究,并設(shè)計(jì)相應(yīng)改進(jìn)策略。本文的主要研究內(nèi)容和特色之處如下:為延長監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的有效運(yùn)行時(shí)間,實(shí)現(xiàn)對常規(guī)水質(zhì)參數(shù)的長時(shí)間在線監(jiān)測,本文針對LEACH協(xié)議中因簇頭選擇隨機(jī)性而導(dǎo)致不合理分簇影響網(wǎng)絡(luò)壽命問題,設(shè)計(jì)一種基于螢火蟲算法的分簇路由協(xié)議。該協(xié)議引入集中式分簇思想,運(yùn)用螢火蟲算法對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行最優(yōu)化聚類,同時(shí)提出一種綜合考慮節(jié)點(diǎn)位置和剩余能量的簇頭選擇方案,有效提高網(wǎng)絡(luò)分簇和簇頭選取的合理性。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明,改進(jìn)的分簇協(xié)議相較于傳統(tǒng)LEACH分簇協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)壽命延長近6倍。LEACH協(xié)議固有的分簇特性,導(dǎo)致數(shù)據(jù)反應(yīng)慢,不適用于數(shù)據(jù)流量大且實(shí)時(shí)性要求高的網(wǎng)絡(luò)。而機(jī)會(huì)路由充分利用無線信道廣播特性,通過反應(yīng)式多路徑算法,可有效提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能,但傳統(tǒng)機(jī)會(huì)路由存在候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇不合理問題。因此,本文分別設(shè)計(jì)能量優(yōu)先和低時(shí)延機(jī)會(huì)路由協(xié)議。在能量優(yōu)先機(jī)會(huì)路由協(xié)議中,首先構(gòu)建非理想數(shù)據(jù)鏈路層下的能量消耗模型,計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包傳輸預(yù)期能量消耗。然后,提出一種最優(yōu)能耗候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇算法。最后,根據(jù)節(jié)點(diǎn)預(yù)期能耗和剩余能量為候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級排序。低時(shí)延機(jī)會(huì)路由協(xié)議中,通過構(gòu)建基于機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)框架的時(shí)延模型計(jì)算出節(jié)點(diǎn)預(yù)期端對端時(shí)延,并設(shè)計(jì)基于時(shí)延的候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選擇方案,再根據(jù)預(yù)期時(shí)延和傳輸成功率為候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先級排序。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,機(jī)會(huì)路由協(xié)議可以有效均衡網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)能量消耗,延長網(wǎng)絡(luò)壽命,明顯降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延。污水微生物對水質(zhì)處理質(zhì)量有著重要指示作用,為合理使用有限的無線帶寬,同時(shí)保證實(shí)時(shí)可靠地水質(zhì)在線監(jiān)測,本文設(shè)計(jì)圖像內(nèi)容相關(guān)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議。首先,運(yùn)用快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測算法提取視頻圖像中的指示性微生物。然后,設(shè)計(jì)一種檢測結(jié)果分級策略,完成數(shù)據(jù)分包和等級評測,降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量和運(yùn)行負(fù)荷。最后,對高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包,采用低時(shí)延機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)策略;對低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包,采用能量優(yōu)先機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)策略。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,相對于傳統(tǒng)和已改進(jìn)的機(jī)會(huì)路由協(xié)議,該協(xié)議網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間延長近50%,高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)延降低20%。
【圖文】：

成簇階段幀圖2-2 LEACH協(xié)議工作流程示意圖每一輪從簇構(gòu)建階段開始，在這個(gè)階段網(wǎng)絡(luò)會(huì)進(jìn)行分簇工作，將網(wǎng)絡(luò)中的傳器節(jié)點(diǎn)分為不同的類別，，每一類聚成一個(gè)簇，每一個(gè)簇中有一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作

中優(yōu)先級順序?yàn)閦的節(jié)點(diǎn)的ID。圖4-1 機(jī)會(huì)路由轉(zhuǎn)發(fā)示例圖在機(jī)會(huì)路由中，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn) 具有需要發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分組時(shí)，該節(jié)點(diǎn)需要監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中的信道是否空閑。如果信道未處于使用狀態(tài)，而且在分布式幀間間隔（Distributed interframe space，DIFS）內(nèi)沒有其他節(jié)點(diǎn)使用信道就廣播待發(fā)送的數(shù)據(jù)分組。在短幀間間隔（Shortinterframespace，SIFS）之后，候選轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的競爭轉(zhuǎn)發(fā)和協(xié)調(diào)的階段開始。節(jié)點(diǎn)廣播的分組包含節(jié)點(diǎn)的所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的ID列表。當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)分組時(shí)，它根據(jù)列表中的優(yōu)先級設(shè)置自己的轉(zhuǎn)發(fā)定時(shí)器。如果在定時(shí)器結(jié)束之前未成功接收到具有較高優(yōu)先級的節(jié)點(diǎn)發(fā)送的A確認(rèn)信息（Acknowledgement
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;TP212.9;TN929.5

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本文編號：2615115