【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)與物理世界的信息融合和交互方面有著巨大的推動(dòng)作用,對(duì)大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)有著重要意義。無(wú)線傳感網(wǎng)(WSNs)是物聯(lián)網(wǎng)中的重要感知技術(shù),其通過(guò)在感知區(qū)域部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳感器節(jié)點(diǎn)之間能夠相互感知通信,將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給基站或用戶。在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中,傳感器節(jié)點(diǎn)的電池不可再充且通常情況下更換電池非常困難,因此減少網(wǎng)絡(luò)中能量消耗、提高數(shù)據(jù)收集效率是無(wú)線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)收集中的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集算法中,傳感器節(jié)點(diǎn)一旦被部署成功就不能改變位置,所以節(jié)點(diǎn)一般采用多跳的方式將自身數(shù)據(jù)傳輸給基站或用戶,如此一來(lái)耗費(fèi)了大量的節(jié)點(diǎn)能量,容易產(chǎn)生所謂的“熱節(jié)點(diǎn)”現(xiàn)象,部分節(jié)點(diǎn)因?yàn)槟芎倪^(guò)快而死亡,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接不通,影響數(shù)據(jù)的傳輸和收集。近年來(lái),研究人員提出移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的方法來(lái)緩解“能量空洞”問(wèn)題,從而平衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗。本文主要針對(duì)基于無(wú)線傳感網(wǎng)的移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集算法進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn),減少網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期,主要工作如下:(1)簡(jiǎn)述了無(wú)線傳感網(wǎng)的基本概念及應(yīng)用場(chǎng)景,并且將基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集算法分為三類進(jìn)行分析。介紹了 LEACH數(shù)據(jù)收集協(xié)議的分簇方法以及所存在的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)節(jié)點(diǎn)易出現(xiàn)“能量空洞”問(wèn)題,本文提出了一種基于定時(shí)器和移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集算法,分簇階段考慮到簇頭的位置及剩余能量因素。最后對(duì)大量實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,表明該算法可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)中的能量消耗,提高數(shù)據(jù)收集效率。(2)為了更好地緩解能量消耗不均的問(wèn)題,我們提出了一種基于優(yōu)化K-means的移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集算法。將傳統(tǒng)的K-means分簇算法進(jìn)行改進(jìn),綜合考慮簇頭與其他節(jié)點(diǎn)的位置及節(jié)點(diǎn)的剩余能量,而不是直接將簇中心點(diǎn)作為簇頭。同時(shí)本文引入多個(gè)移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)簇頭通信圓的某一點(diǎn),減少移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)路徑,從而解決網(wǎng)絡(luò)消耗不均的問(wèn)題,提高網(wǎng)絡(luò)生命周期。(3)為了更好地將數(shù)據(jù)收集算法在實(shí)際生活中應(yīng)用,本文將基于優(yōu)化K-means的多移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集算法運(yùn)用于停車場(chǎng)系統(tǒng)中,通過(guò)車位傳感器讀取空余車位信息,RFID讀卡器讀取車輛信息判斷是否允許車輛進(jìn)出,停車場(chǎng)管理系統(tǒng)發(fā)送空余車位位置信息給車輛,此時(shí)完成車輛整個(gè)進(jìn)出停車場(chǎng)行為。這樣該系統(tǒng)既避免車輛等待車位以及耗費(fèi)時(shí)間尋找空閑車位,同時(shí)該數(shù)據(jù)收集算法也減少了車位傳感器的能量消耗,提高數(shù)據(jù)收集及傳輸效率。
【圖文】：

和傳輸被監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)信息，并最終把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給需要的基站或用戶端。逡逑ＷＳＮｓ不需要固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)對(duì)其支持，且具有擴(kuò)展性強(qiáng)、抗毀性能強(qiáng)等特點(diǎn)。逡逑如圖１－１所示，無(wú)線傳感網(wǎng)由大量傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)以及管理節(jié)點(diǎn)組成。首先將大量逡逑傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)逡逑點(diǎn)將所收集的數(shù)據(jù)單跳傳輸至中間節(jié)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中所獲取的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)逡逑節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，此時(shí)通過(guò)多跳傳輸?shù)姆绞綄?shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)逡逑送至管理節(jié)點(diǎn)（即終端或用戶）［２］。逡逑…．：贊逡逑ＴＴｉｆ邋ｎ．．．？邋＇＇＾７．＂＂＂＂逡逑Ｘ線ｆｔ感器？點(diǎn)邐摶感器芯片逡逑圖１－１無(wú)線傳感網(wǎng)Ｎ絡(luò)結(jié)構(gòu)逡逑無(wú)線傳感網(wǎng)只右ＴＩ纟ＩＩ織的特點(diǎn)，通常情況下傳感器節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)部署在感知Ｋ域，，節(jié)點(diǎn)逡逑之間的相鄰關(guān)系？？開始并不知曉（如我們通過(guò)一定的工具將大量的傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)撒到廣逡逑表無(wú)垠的沙漠中，或者撒到人所無(wú)法到達(dá)區(qū)域），這就要求傳感器節(jié)點(diǎn)自身Ｈ有丨＇丨纟Ｕ織的逡逑能力，根據(jù)相鄰節(jié)點(diǎn)可以自行通信和管理，最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)制和協(xié)議形成可以轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)逡逑

圖２－１基于Ｓｉｎｋ節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逡逑根據(jù)數(shù)據(jù)需求和傳輸方式，將常見(jiàn)的基于移動(dòng)ｓｉｎｋ節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)劃分為四種逡逑
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(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

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本文編號(hào)：2629214