無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由大量具有信息感知、通信與計算能力的傳感器節(jié)點構(gòu)成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)等領(lǐng)域。然而對于絕大多數(shù)WSN場景,高度受限的能量是影響WSN生命周期的重要難題。因此如何有效提高網(wǎng)絡(luò)能效成為WSN領(lǐng)域的研究熱點。能效優(yōu)化分簇方法是提高WSN能效的有效方法之一。本文在分析總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對WSN能效優(yōu)化分簇問題進行了研究,其中分簇問題包括簇頭選擇問題和成簇問題。針對大規(guī)模WSN,建立了WSN簇頭選擇問題的模型。針對問題的特點,提出了一種考慮簇頭剩余能量以及簇頭連通性與覆蓋性的目標(biāo)函數(shù)。采用鯨魚群算法(WSA)進行求解,改進了WSA的個體編碼、個體間距離計算及個體移動規(guī)則等,并設(shè)計了一種鄰域搜索策略。通過實例計算與對比,驗證了所提簇頭選擇算法的優(yōu)異性。提出了以簇頭選擇算法和成簇算法相結(jié)合的分簇方法。針對大規(guī)模WSN,建立了WSN成簇問題的模型。針對問題的特點,提出了一種提高網(wǎng)絡(luò)能效、均衡節(jié)點能耗的目標(biāo)函數(shù)。采用WSA求解WSN成簇問題,改進了WSA的個體編碼、個體間距離計算及個體移動規(guī)則等,并設(shè)計了一種鄰域搜索策略。通過實例仿真與對比,驗證了所提分簇方法的優(yōu)異性。針對本文提出的分簇方法,設(shè)計了一種集網(wǎng)絡(luò)啟動、信息匯聚、分簇路由配置、數(shù)據(jù)采集啟動、網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)等功能的WSN分簇協(xié)議,確定了該協(xié)議的定位與設(shè)計目的,設(shè)計了協(xié)議的組成與功能,詳細設(shè)計了整個分簇協(xié)議,包括路由表結(jié)構(gòu)、協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及多個協(xié)議報文�；贑ontiki/6LoWPAN平臺,結(jié)合本文提出的WSN分簇協(xié)議,設(shè)計了一種溫濕度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)。對溫濕度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行了系統(tǒng)定位,設(shè)計了基于WSN分簇協(xié)議的溫濕度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)及功能組成,從設(shè)備選型、系統(tǒng)功能模塊、系統(tǒng)工作流程三個方面對系統(tǒng)進行了詳細設(shè)計,使用該溫濕度無線傳感器網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)進行信息傳輸實驗,驗證了系統(tǒng)的有效性及其工程應(yīng)用價值。最后,對全文工作進行了總結(jié),并對未來研究方向進行了展望。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5;TP18
【部分圖文】：

圖 5.5 DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器功能模塊進行設(shè)計介紹，主要包括串、網(wǎng)絡(luò)信息統(tǒng)計功能以及溫濕度信息可能完成匯聚節(jié)點與上位機（溫濕度監(jiān)控信息通過串口傳輸?shù)缴衔粰C，上位機通完成網(wǎng)絡(luò)的搭建。表 5.1 串口消息控制頭與主要結(jié)構(gòu)控制頭（十六進制） FF EE 01 FF EE 02 分FF EE 03 FF 00 11 網(wǎng)

中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 數(shù)據(jù)包消息、節(jié)點死亡消息。網(wǎng)絡(luò)信息匯聚消息是匯聚節(jié)文后，將網(wǎng)絡(luò)信息向上位機發(fā)送的串口消息。分簇路由配置成功后，由匯聚節(jié)點告知上位機配置成功的串口消息。集全網(wǎng)絡(luò)的溫濕度信息，向上位機發(fā)送網(wǎng)絡(luò)感知數(shù)據(jù)的串傳感器節(jié)點死亡后告知匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點告知上位機的串串口消息控制頭與主要結(jié)構(gòu)如下表所示：簇協(xié)議實現(xiàn)與溫濕度信息采集議與溫濕度信息采集功能都實現(xiàn)在傳感器節(jié)點上，傳感器節(jié) IAR Embedded Workbench 8051 集成開發(fā)環(huán)境上進行開發(fā)編輯、編譯、鏈接、調(diào)試、燒寫等多種功能。IAR 具有功，十分適合用于協(xié)議開發(fā)。分簇協(xié)議主要實現(xiàn)在路由層，由協(xié)議相仿，取代 RPL 路由協(xié)議，完成 6LoWPAN 網(wǎng)絡(luò)的。IAR 集成開發(fā)平臺與協(xié)議實現(xiàn)中簡要展示如圖 5.6 所示。

度信息采集功能都實現(xiàn)在傳感器節(jié)點上，bedded Workbench 8051 集成開發(fā)環(huán)境上譯、鏈接、調(diào)試、燒寫等多種功能。IAR合用于協(xié)議開發(fā)。分簇協(xié)議主要實現(xiàn)在路仿，取代 RPL 路由協(xié)議，完成 6LoWPA成開發(fā)平臺與協(xié)議實現(xiàn)中簡要展示如圖 5.6 IAREmbedded Workbench 8051 集成開發(fā)環(huán)

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 尚鵬;周晏;;基于6LoWPAN的化工車間指標(biāo)實時監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J];計算機應(yīng)用與軟件;2012年09期

本文編號：2811881