-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)主要由許多具有特定功能的節(jié)點構(gòu)成,這些節(jié)點以無線通信方式,借助其他硬件設(shè)施,自組織為一個完整的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。目前,主要通過電池提供節(jié)點工作時的能源支撐;但是,其有限供給特性限定了WSN的服務(wù)周期。因此,如何在有限的能源支持下最大化WSN的服務(wù)時間,是WSN技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域面臨的一個難點和實用性問題。針對WSN中存在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)周期短、能效低、吞吐量少的問題,本文結(jié)合變異的蟻群算法,通過改善K-means的聚類效果,設(shè)計了一種KACO路由算法。首先,基于增加了變異因子的蟻群聚類方法改善了K-means的分簇結(jié)構(gòu),并改進了將K-means應(yīng)用于WSN時分簇個數(shù)k的確定問題。其次,以節(jié)點的多個當前狀態(tài)值為決定性因素,定義了簇首(Cluster Header,CH)的競爭模型。最后,在數(shù)據(jù)傳輸階段,通過根據(jù)節(jié)點間的狀態(tài)信息,設(shè)計路由選擇方法,實現(xiàn)動態(tài)調(diào)整傳輸路徑。實驗表明,KACO路由算法有效減少了傳輸過程中的能量耗費,增強了WSN的服務(wù)性能。由于按照一般的K-means聚類模型對網(wǎng)絡(luò)進行分簇時,間接的增加了網(wǎng)絡(luò)資源的開銷。因此,為了適應(yīng)傳感器節(jié)點資源受限的特點,本文基于優(yōu)化的K-means聚類模型,并結(jié)合模糊層次綜合分析(Fuzzy AHP)算法,設(shè)計了一種EKFAH路由算法。首先,EKFAH在原K-means分簇模型的基礎(chǔ)上增加了調(diào)節(jié)因子,以實現(xiàn)簇間能耗相對均衡的簇集劃分;其次,利用Fuzzy AHP方法將節(jié)點的多個狀態(tài)值作為決策標準,優(yōu)化簇首選擇;最后,在數(shù)據(jù)傳輸階段,根據(jù)傳輸距離、能量、跳數(shù)等因素構(gòu)建節(jié)點多跳路由。實驗證明,EKFAH算法對增強WSN性能具備較好的有效性。
【學位授予單位】：西北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【圖文】：

WSN 起初主要應(yīng)用于對軍事狀況的監(jiān)控。最初，美國為了監(jiān)測敵方部隊在隱蔽下的作戰(zhàn)狀態(tài)，依據(jù)傳感器節(jié)點具備的感知、傳輸、自組織成網(wǎng)等特性，設(shè)計出由特定功能的感知節(jié)點構(gòu)成的 WSN 系統(tǒng)架構(gòu)。而由于最初的節(jié)點僅僅只能夠?qū)?shù)據(jù)簡單的收集和傳輸，無法進行復(fù)雜的處理等操作，造成傳輸壓力，降低了服務(wù)質(zhì)量此，美國成立了研究小組，負責對 WSN 應(yīng)用技術(shù)進行深入研究，以改善 WSN 在使用中的缺陷。至此，改善 WSN 性能的技術(shù)研究就此拉開了帷幕。.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點結(jié)構(gòu)WSN 應(yīng)用隨機分散在目標區(qū)域中的節(jié)點，實時采集目標對象的數(shù)據(jù)特征，并DMA 分配的時隙內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艚K端，然后終端根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，實時分析特征，完成對目標對象的的監(jiān)測與控制。感知節(jié)點內(nèi)部主要由電池、信號感知單元、處理器與存儲器組件、無線傳輸單元[33]，如圖 2.1。

圖 2.5 WSN 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)WSN 協(xié)議棧中，每層協(xié)議具有的功能滿足如下定義：(1) 物理層按照 IEEE 802.15.4 標準，主要實現(xiàn)簡單且健壯的信號調(diào)制解調(diào)技無線收發(fā)功能。通過調(diào)整節(jié)點的收發(fā)功率，并結(jié)合不同的應(yīng)用條件實現(xiàn)較好的節(jié)。(2) 數(shù)據(jù)鏈路層主要實現(xiàn)由數(shù)據(jù)到幀的封裝，并在傳輸中對幀進行差錯控制。N 一般部署在復(fù)雜環(huán)境中，服務(wù)質(zhì)量難以保證，而該層提供的糾錯機制能夠減傳輸信道的誤碼率，保證兩節(jié)點間能夠可靠的完成數(shù)據(jù)的無損傳輸。(3) 網(wǎng)絡(luò)層是 WSN 協(xié)議棧中最重要的層次。該層主要負責為傳感器節(jié)點與 B的數(shù)據(jù)傳輸選擇合適的路由，保障節(jié)點之間、網(wǎng)絡(luò)和用戶終端之間能夠正常的相。由于傳感器節(jié)點的能量限制，以及 WSN 不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點，節(jié)點需要自擇合適的路由，并保證其穩(wěn)定性及可靠性。(4) 傳輸層主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)流在端到端之間傳輸時的差錯及流量控制，是保證 W

18(b) 節(jié)點分簇模型圖圖 3.2 WSN 中節(jié)點分簇結(jié)構(gòu)對比圖 應(yīng)用中，分簇所要達到的目標有：之間應(yīng)當是分散的，簇與簇之間通過簇首通信。在監(jiān)測環(huán)境中均勻分布。的節(jié)點分布均衡。結(jié)構(gòu)管理 WSN 節(jié)點主要具有以下幾方面的優(yōu)勢：

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2807281