【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水質(zhì)監(jiān)測和醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,為信息的獲取提供了新的手段。通常,WSNs由價格較低、功耗較低和體積較小的多個傳感器節(jié)點(diǎn)組成,這些傳感器節(jié)點(diǎn)由能量有限的電池進(jìn)行供電,而且一旦部署在監(jiān)測區(qū)域,它們將持續(xù)運(yùn)行,直到電能耗盡。因此,研究WSNs的關(guān)鍵技術(shù)之一就是如何在保證數(shù)據(jù)高效、可靠傳輸?shù)那闆r下,設(shè)計出能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)能量消耗、顯著延長網(wǎng)絡(luò)壽命的路由協(xié)議。本文來源于2016年西安郵電大學(xué)和德國萊比錫電信應(yīng)用技術(shù)大學(xué)xxxxxx項(xiàng)目下的“Working in Projects”子課題。論文以WSNs網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)氣象環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測需求為出發(fā)點(diǎn),分別從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和感知信息傳輸兩個方面展開研究,提出了一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSNs分簇路由算法,具體研究內(nèi)容如下:(1)針對LEACH算法采用隨機(jī)選取簇首的方式會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中存在簇首分布過于分散或集中的問題,引入初始簇來進(jìn)行改善。利用節(jié)點(diǎn)的距離中位數(shù)算法,在等間隔的距離上選舉一定比例的初始簇首,從而形成分布均勻的初始簇。(2)在標(biāo)準(zhǔn)灰狼優(yōu)化器(GWO)的基礎(chǔ)上,改進(jìn)了獵物位置權(quán)重因子,給出了基于狼群適應(yīng)值的改進(jìn)灰狼優(yōu)化器(FIGWO),提出了一種基于改進(jìn)灰狼優(yōu)化器的WSNs成簇算法。該算法將灰狼個體映射為網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn),通過灰狼個體的剩余能量以及距離信息來計算每個灰狼個體的適應(yīng)值,利用適應(yīng)值前三的灰狼個體來重新定義獵物的位置函數(shù)。最后將改進(jìn)的灰狼優(yōu)化器應(yīng)用于簇首選舉階段以選出更加合適的簇首。(3)針對LEACH算法采取簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)均與簇首通信的方式導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)簇首和部分距離基站較近的節(jié)點(diǎn)能量消耗增加的問題,引入最短路徑傳輸技術(shù)。即在節(jié)點(diǎn)與簇首距離大于其與基站距離的情況下,節(jié)點(diǎn)將感知數(shù)據(jù)全部轉(zhuǎn)發(fā)至基站。本文提出的分簇路由算法,一方面優(yōu)化了簇結(jié)構(gòu),減少了簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)個數(shù),降低了簇首的數(shù)據(jù)接收能耗,同時也降低了部分節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離。另一方面,增加了基站接收的數(shù)據(jù)分組數(shù),使得基站能夠獲得更加豐富的感知信息。仿真表明,相對于LEACH、SEP協(xié)議,FIGWO協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)生存周期分別延長了57.8%和31.5%;使基站接收數(shù)據(jù)分組數(shù)分別增加了177%和145%。
【圖文】：

圖 2.1 傳感器的組成模塊各個模塊的主要功能如下。傳感器模塊：主要用于感知和采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，并負(fù)責(zé)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。處理器模塊：包括處理與存儲。主要任務(wù)是對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和調(diào)度。無線通信模塊：負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)、或節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。能量供應(yīng)模塊：為節(jié)點(diǎn)的正常工作提供基本能量。各個

圖 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（3）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧結(jié)構(gòu)WSNs 協(xié)議棧的結(jié)構(gòu)一般包括五層，分別是提供無線收發(fā)和對信號進(jìn)行調(diào)制；將數(shù)據(jù)成幀發(fā)送，，進(jìn)行差錯控制的數(shù)據(jù)鏈路層；控制路由選擇的網(wǎng)絡(luò)層；傳輸質(zhì)量的傳輸層；以及由一些用來監(jiān)測的應(yīng)用軟件所組成的應(yīng)用層[25]。具
【學(xué)位授予單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2703643