【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)作為21世紀(jì)最重要技術(shù)之一,以其廣闊的發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,從剛開始出現(xiàn),就在世界范圍內(nèi)掀起了研究浪潮。精細(xì)農(nóng)業(yè)與信息化有著緊密的聯(lián)系,要達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo),需要積極利用現(xiàn)代科技的發(fā)展成果,應(yīng)用WSN等新技術(shù)來減少對(duì)單位面積農(nóng)田的經(jīng)營(yíng)成本,合理控制化肥使用量,改善土壤質(zhì)量,減少環(huán)境污染,節(jié)約水資源。在精細(xì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用方面,WSN有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì):可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)土壤水分、空氣溫濕度變化、光照強(qiáng)度等數(shù)據(jù),來獲得農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)環(huán)境。WSN應(yīng)用于精細(xì)農(nóng)業(yè)信息獲取與管理已成為一種趨勢(shì)和必然。本文的主要目標(biāo)就是在精細(xì)農(nóng)業(yè)這一應(yīng)用環(huán)境中,在保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能正常運(yùn)行的前提下,通過負(fù)載均衡成簇算法,最大限度地減少和均衡所有傳感器節(jié)點(diǎn)的能量損耗,盡量延長(zhǎng)WSN的整體生存時(shí)間。首先,介紹了論文的研究背景,對(duì)目前國(guó)內(nèi)外精細(xì)農(nóng)業(yè)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)階段精細(xì)農(nóng)業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析;闡述了WSN的體系結(jié)構(gòu)和整體構(gòu)建、傳感器節(jié)點(diǎn)的組成、并總結(jié)了WSN的特點(diǎn);介紹WSN網(wǎng)絡(luò)層路由算法的幾種典型算法,分析其基本實(shí)現(xiàn)方法、優(yōu)缺點(diǎn),并指出其應(yīng)用范圍,并重點(diǎn)分析分布式能量有效分簇算法(Distributed Energy-Efficient Clustering algorithm,DEEC)的具體實(shí)現(xiàn)過程,針對(duì)DEEC的缺點(diǎn)以及實(shí)際應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。其次,針對(duì)WSN在大規(guī)模農(nóng)業(yè)種植監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中所面臨的監(jiān)測(cè)面積大、監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、低功耗要求、地勢(shì)復(fù)雜以及作物多樣等問題,本文在DEEC算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新,研究一種基于等邊三角形節(jié)點(diǎn)部署的負(fù)載均衡成簇算法(Equilateral Triangle Load Balancing-DEEC,ETLB-DEEC),分析等邊三角形與正四邊形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)部署方式,在保障網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域連通性的前提下,最后采用更適合農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)的等邊三角形網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)部署方式來無縫覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域面積;利用網(wǎng)絡(luò)分區(qū),將網(wǎng)絡(luò)均分成幾部分,使簇首的分布更加均勻,均衡網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的能耗,并提出“孤兒節(jié)點(diǎn)”和“收容節(jié)點(diǎn)”的概念,能有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)中第一個(gè)死亡節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間;在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一種面向基站最短路徑簇間多跳尋優(yōu)機(jī)制,可找尋多條最短路徑。為驗(yàn)證本文算法在大規(guī)模監(jiān)測(cè)區(qū)域面積應(yīng)用中也有較好的性能,在MATLAB仿真環(huán)境下,進(jìn)行了兩種不同規(guī)模的四組仿真,仿真結(jié)果表明,改進(jìn)的算法具備高效節(jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)、降低網(wǎng)絡(luò)成本、實(shí)現(xiàn)全局網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡,提高網(wǎng)絡(luò)能量利用率和整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用效率等功能和特點(diǎn),并且當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域面積變大時(shí),算法的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2626292