【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)將傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)感知、收集、處理的數(shù)據(jù)信息以自組織和多跳的方式發(fā)送給最終的所有者。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模、低成本和自組織的特性,使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)難救助、軍事、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受環(huán)境、節(jié)點(diǎn)能量和惡意攻擊等因素的影響,網(wǎng)絡(luò)易于產(chǎn)生數(shù)據(jù)包丟失和中斷,因此數(shù)據(jù)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中的可靠性難以保證。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可靠傳輸?shù)哪繕?biāo),本文從任務(wù)映射和傳輸機(jī)制兩個(gè)方面進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì),提出了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向可靠傳輸?shù)馁Y源分配方法。本文的主要工作和創(chuàng)新有:(1)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中面向可靠傳輸?shù)娜蝿?wù)映射,本文將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù)映射問(wèn)題轉(zhuǎn)換成可靠性和調(diào)度長(zhǎng)度等多個(gè)約束條件下的任務(wù)映射能耗最小問(wèn)題,利用離散粒子群優(yōu)化映射算法進(jìn)行迭代計(jì)算,獲取每個(gè)任務(wù)的最優(yōu)映射節(jié)點(diǎn)。對(duì)傳統(tǒng)的粒子群優(yōu)化算法的慣性因子進(jìn)行改進(jìn),使其隨迭代次數(shù)線性遞減。當(dāng)資源需求量大的任務(wù)需要映射到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上協(xié)作完成時(shí),在離散粒子群優(yōu)化映射中加入最優(yōu)節(jié)點(diǎn)就近的映射原則,減少了任務(wù)之間的通信能耗。最后運(yùn)用Matlab平臺(tái),在能耗方面與基于蟻群的任務(wù)映射算法進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示本文的任務(wù)映射算法能耗較少,接著分析了不同能耗下任務(wù)映射的可靠度,結(jié)果表明本文在能耗較小的情況下就可以保證任務(wù)映射的可靠度。(2)為了實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸,本文采用優(yōu)化中繼的多路徑傳輸方式。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的最小能耗計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)化中繼區(qū)域,然后在中繼區(qū)域內(nèi)選擇最優(yōu)和次優(yōu)的節(jié)點(diǎn)作為中繼的下一跳節(jié)點(diǎn),依次進(jìn)行中繼選擇獲得多條傳輸路經(jīng)。其中,中繼區(qū)域內(nèi)最優(yōu)和次優(yōu)的2個(gè)節(jié)點(diǎn)是根據(jù)區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能量、距離和中心性選擇的。最后用Matlab進(jìn)行仿真,將任務(wù)傳輸?shù)亩鄺l傳輸路徑的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡率、丟包率和能耗與Re InForM多路徑路由算法進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)能耗、丟包率和負(fù)載均衡率三個(gè)方面都有明顯的改進(jìn)。
【圖文】：

圖 5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)圖Fig 5 Task graph of wireless sensor network(2) 為提高節(jié)點(diǎn)的利用效率，各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的負(fù)載應(yīng)基本均衡。任務(wù)映射可以看作任務(wù)的資源需求與節(jié)點(diǎn)的資源供給的最優(yōu)匹配如圖 6 所示，圖 6 構(gòu)建了 p 個(gè)任務(wù)與 s 個(gè)節(jié)點(diǎn)的排列組合，是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)映射模型。其中，M 表示需要映射的任務(wù)的集合 {,,...,,...,,...,,}121mmmmmmp p ji，p 表示任務(wù)的個(gè)數(shù)，N 表示傳感器節(jié)點(diǎn)的集合 {,,...,,...,,...,,}121nnnnnns s ji，s 表示節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。圖 7 是任務(wù)映射的流程圖，該流程的過(guò)程是：根據(jù)任務(wù)的最早執(zhí)行時(shí)間(EST)和最遲執(zhí)行時(shí)間(LST)對(duì)任務(wù)的調(diào)度順序進(jìn)行排序，根據(jù)任務(wù)的調(diào)度順序，采用離散粒子群優(yōu)化算法為任務(wù)搜索出滿足可靠性、調(diào)度長(zhǎng)度等多個(gè)約束條件下的全局能耗最小的傳感器節(jié)點(diǎn)，然后將任務(wù)映射至傳感器節(jié)點(diǎn)上。圖 8 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示任務(wù)映射到節(jié)點(diǎn)的結(jié)果，即每一五維鏈表元素結(jié)構(gòu)都表示目標(biāo)函數(shù)的一個(gè)解，其表示任務(wù)im 映射到了節(jié)點(diǎn)jn 上。

圖 5 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)任務(wù)圖Fig 5 Task graph of wireless sensor network點(diǎn)的利用效率，各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的負(fù)載應(yīng)基本均衡以看作任務(wù)的資源需求與節(jié)點(diǎn)的資源供給的最 p 個(gè)任務(wù)與 s 個(gè)節(jié)點(diǎn)的排列組合，是一個(gè)簡(jiǎn)單的要映射的任務(wù)的集合 {,,...,,...,,...,12mmmmmp p ji傳感器節(jié)點(diǎn)的集合 {,,...,,...,,...,,}121nnnnnns s ji，s映射的流程圖，該流程的過(guò)程是：根據(jù)任務(wù)的最(LST)對(duì)任務(wù)的調(diào)度順序進(jìn)行排序，根據(jù)任務(wù)的算法為任務(wù)搜索出滿足可靠性、調(diào)度長(zhǎng)度等多個(gè)感器節(jié)點(diǎn)，然后將任務(wù)映射至傳感器節(jié)點(diǎn)上。圖點(diǎn)的結(jié)果，，即每一五維鏈表元素結(jié)構(gòu)都表示目標(biāo)射到了節(jié)點(diǎn)jn 上。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(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)：2708351