【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)是通過一定數(shù)量匯聚節(jié)點與無線傳感器節(jié)點(Sensor Nodes,SNs)連接的分布式多跳自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad Hoc),具有自組織、快速便捷部署、以數(shù)據(jù)為中心、強隱蔽性和高容錯性等優(yōu)勢。由于SNs通常部署在無人看守的環(huán)境中,對其再充能或更換電池具有非常大的難度,因此能耗因素成為制約WSNs發(fā)展的重要阻礙之一。數(shù)據(jù)融合(Data Fusion)技術(shù)對來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進行不同層次的網(wǎng)內(nèi)處理,以篩選冗余數(shù)據(jù)而形成高質(zhì)量的融合數(shù)據(jù),從而降低網(wǎng)絡(luò)額外能耗,延長網(wǎng)絡(luò)生命周期,提高工作效率。因此,數(shù)據(jù)融合技術(shù)被認為是解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗危機的有效手段之一。數(shù)據(jù)融合操作雖然能大幅度降低SNs的能耗,但往往會增加網(wǎng)絡(luò)的時延,使得網(wǎng)絡(luò)時延與能耗成為兩個相互矛盾的指標。在實際應(yīng)用中,許多傳感器的數(shù)據(jù)需要實時匯報才能體現(xiàn)價值,如地震監(jiān)控、目標追蹤和火災報警等,這就需要采用一個既能一定程度上節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗、延長生命周期,又能保證網(wǎng)絡(luò)時延的WSNs算法。因此如何構(gòu)建時延敏感與能量有效的基于數(shù)據(jù)融合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型是非常有前景的研究方向。論文首先綜合介紹了目前WSNs中現(xiàn)有數(shù)據(jù)融合模型的特點。然后根據(jù)融合過程中采用的不同算法,將WSNs數(shù)據(jù)融合技術(shù)分為四類:基于統(tǒng)計學的數(shù)據(jù)融合、基于人工智能的數(shù)據(jù)融合、基于信息論的數(shù)據(jù)融合和基于拓撲學的數(shù)據(jù)融合,同時選取各類算法中近年來國內(nèi)外代表性文獻進行介紹與分析。接著,總結(jié)分析了WSNs中數(shù)據(jù)融合技術(shù)現(xiàn)存的難題與挑戰(zhàn),提出WSNs未來研究熱點與方向。針對WSNs數(shù)據(jù)融合算法中網(wǎng)絡(luò)能耗與時延的折中問題,同時考慮節(jié)點能耗優(yōu)化與負載均衡,提出混合時延敏感分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法(Hybrid Delay-aware Clustering,HDC)。首先給出了基于單層簇結(jié)構(gòu)與多層簇結(jié)構(gòu)的HDC網(wǎng)絡(luò)模型,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布、數(shù)據(jù)融合率及簇內(nèi)節(jié)點數(shù)設(shè)計判決函數(shù),使時延與能耗的總體消耗達到最小。其次,為提高網(wǎng)絡(luò)性能,防止簇頭節(jié)點過早能耗盡,將網(wǎng)絡(luò)成簇與重組階段進行優(yōu)化,設(shè)計能量有效分簇算法與動態(tài)簇頭重選算法,進一步減少節(jié)點間數(shù)據(jù)傳輸總能耗,實現(xiàn)節(jié)點的能耗負載均衡。最后,使用Matlab7.1對HDC的性能進行驗證。仿真充分考慮不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與不同數(shù)據(jù)融合率下的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,從網(wǎng)絡(luò)時延、網(wǎng)絡(luò)總能耗及網(wǎng)絡(luò)生命周期三個方面將HDC與另3種WSNs時延敏感模型進行多次比較。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的WSNs時延敏感模型相比,提出的HDC算法在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量消耗、降低網(wǎng)絡(luò)時延、延長節(jié)點生命周期方面有明顯優(yōu)勢。
【圖文】：

第 1 章 緒 論1.1 研究背景無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）是由大量無線傳感器節(jié)點（SNs）連接，以多跳通訊構(gòu)建的自組織網(wǎng)絡(luò)（Ad Hoc）[1]。傳感器節(jié)點定期地收集環(huán)境數(shù)據(jù)并進行處理，然后將數(shù)據(jù)傳輸至基站（BS），最終發(fā)送給觀察者。20 世紀 70 年代，越戰(zhàn)時期使用的傳感器系統(tǒng)被認為是關(guān)于 WSNs 研究的最早期研究雛形。到 80 年代至 90 年代，傳感器網(wǎng)絡(luò)開始大規(guī)模進行部署。21 世紀開始至今，，由于 WSNs 所具有的快捷部署、自組織組網(wǎng)、以數(shù)據(jù)為中心、高可靠性和高隱蔽性等技術(shù)優(yōu)勢，使得其非常適用于目前如軍事偵察，工業(yè)自動化和環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域[2]。且隨著無線技術(shù)的發(fā)展與需求逐漸增加，WSNs 的應(yīng)用日益廣闊，目前在新興產(chǎn)業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)如醫(yī)療護理、智慧交通、智能機器人、智能家居等領(lǐng)域均能看到其重要的應(yīng)用。圖 1.1 給出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本體系結(jié)構(gòu)。

圖 2.1 數(shù)據(jù)融合級別融合操作的節(jié)點的在集中式融合中，數(shù)留絕大部分初始的合節(jié)點能耗過大。處理后的數(shù)據(jù)再被網(wǎng)絡(luò)能耗，但相比收處理后的數(shù)據(jù)，現(xiàn)較差。的抽象層次進行分的主要特點是保留盡策級融合的特點是理代價高。特征級的相關(guān)性進行分類[型數(shù)據(jù)指按照不同節(jié)
【學位授予單位】：中南民族大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 趙繼軍;魏忠誠;李志華;劉昊;連彬;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多類型數(shù)據(jù)融合研究綜述[J];計算機應(yīng)用研究;2012年08期

2 孫凌逸;黃先祥;蔡偉;夏梅尼;;基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法[J];傳感技術(shù)學報;2011年01期

本文編號：2610353