發(fā)布時(shí)間：2016-07-06 11:09

  本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗分簇路由算法關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華東理工大學(xué)》 2014年

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗分簇路由算法關(guān)鍵技術(shù)研究

尹湘源  

【摘要】：隨著微電子技術(shù)和無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步,作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)技術(shù)在最近幾年中得到了蓬勃的發(fā)展。由于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)一般為電池供電,如何節(jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)的能耗和延長無線網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間是WSN必須面對的難題。國內(nèi)外學(xué)者已對該問題做了大量的研究工作,通過研究表明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由算法優(yōu)化對延長無線網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間具有重要意義。 WSN采用平面路由算法時(shí),傳感器網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械牡匚缓凸δ艿闹匾允窍嗨频?每個(gè)節(jié)點(diǎn)都要存儲路由表,節(jié)點(diǎn)通過路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,因此平面路由算法較為適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小、無線傳感器節(jié)點(diǎn)較少的傳感器網(wǎng)絡(luò)。相對于平面路由算法,分簇路由算法更符合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于數(shù)據(jù)的路由需求,算法通過選取簇頭并形成簇群進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,這種路由算法可以對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)進(jìn)行更有效的管理,可以使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有更好的健壯性和可擴(kuò)展性,適用于節(jié)點(diǎn)較多、規(guī)模較大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 本文主要對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的單層分簇路由算法、多層分簇路由算法和WSN中能量空洞避免的方法等問題進(jìn)行了研究,論文研究的內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： (1)針對經(jīng)典單層分簇路由算法LEACH和其他LEACH-type路由算法所存在著簇頭選取過程中簇頭數(shù)目不確定、選取過程隨機(jī)以及簇頭選取不合理等缺陷,本文提出了基于改進(jìn)差分進(jìn)化的單層分簇路由算法MD-IDE。該路由算法首先基于對網(wǎng)絡(luò)能耗的理論分析確定WSN的最佳簇頭數(shù)目,然后在差分進(jìn)化算法中引入模擬退火的思想,該改進(jìn)差分進(jìn)化算法可以使簇頭的選取過程更加嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué),簇頭節(jié)點(diǎn)的分布更加合理,能選出最佳的節(jié)點(diǎn)作為簇頭。本文通過仿真實(shí)驗(yàn)對MD-IDE、MD-DE、LEACH、LEACH-C四種路由算法進(jìn)行了性能比較,仿真結(jié)果表明MD-IDE算法在延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信距離等方面,均優(yōu)于其他三種路由算法。 (2)采用多層分簇路由算法可以很好地克服單層分簇路由算法對無線傳感器節(jié)點(diǎn)間通信距離要求過高的缺點(diǎn)。本文在前述單層分簇路由算法研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合對其他多層分簇路由算法的優(yōu)缺點(diǎn)的分析,提出了一種基于改進(jìn)差分進(jìn)化的多層分簇路由算法MHCR-IDE。該算法首先對WSN進(jìn)行合理分層并確定各層的簇頭數(shù)量,然后利用改進(jìn)差分進(jìn)化算法進(jìn)行簇頭選取并形成簇群。之后,在網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程中,在簇群內(nèi)部,節(jié)點(diǎn)可以通過單跳或多跳的方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱仡^上,隨后在網(wǎng)絡(luò)的不同層次間,外層簇頭將該簇群產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到內(nèi)層簇頭上,再逐層轉(zhuǎn)發(fā)到Sink節(jié)點(diǎn)。該算法采用的這種“層間多跳簇內(nèi)多跳”的數(shù)據(jù)傳輸方式可以極大地降低網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點(diǎn)傳輸距離的要求,使算法的實(shí)用性大大加強(qiáng)。本文通過仿真實(shí)驗(yàn)對MHCR-IDE與Multihop-LEACH算法進(jìn)行了性能比較,仿真結(jié)果表明基于改進(jìn)差分進(jìn)化算法的MHCR-IDE算法在減少整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信距離、減少節(jié)點(diǎn)能量消耗和延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間方面均優(yōu)于Multihop-LEACH算法。 (3)針對多層分簇路由算法和多跳路由算法中可能出現(xiàn)的“能量空洞”問題,本文首先對能量空洞的成因進(jìn)行了理論分析,并通過無線傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗等相關(guān)理論驗(yàn)證了在一定條件下非均勻分簇和節(jié)點(diǎn)休眠機(jī)制相結(jié)合可以避免“能量空洞”的產(chǎn)生。在此基礎(chǔ)上,本文提出了基于非均勻分層和節(jié)點(diǎn)休眠機(jī)制相結(jié)合的能量空洞避免算法EHAA-NSUL。該算法首先按照靠近Sink節(jié)點(diǎn)的內(nèi)層總能量大于外層總能量的原則對整個(gè)WSN進(jìn)行非均勻分層,并根據(jù)各層節(jié)點(diǎn)剩余能量將節(jié)點(diǎn)分為休眠節(jié)點(diǎn)和工作節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上采用改進(jìn)差分進(jìn)化算法在各層工作節(jié)點(diǎn)中進(jìn)行簇頭選取并形成簇群,進(jìn)而完成多層無線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建立。最后通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證EHAA-NSUL算法的性能,實(shí)驗(yàn)表明該算法可以有效地緩解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中“能量空洞”現(xiàn)象的產(chǎn)生。 (4)隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟,在實(shí)際當(dāng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以較為容易的與其他技術(shù)如語音識別、圖像采集等相結(jié)合,這樣可以極大地?cái)U(kuò)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。本文自主研發(fā)了基于ZigBee協(xié)議的JPEG圖像傳輸系統(tǒng)和語音辨識遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)兩個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),以這兩個(gè)系統(tǒng)為例分析了實(shí)際應(yīng)用中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)過程和設(shè)計(jì)方法。 本文所提出的幾種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法以及所介紹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)過程、設(shè)計(jì)方法為今后開發(fā)更為復(fù)雜的中型或大型規(guī)模的WSN系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

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2 李龍連;基于拓?fù)涔芾淼臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究[D];浙江大學(xué);2006年

3 狄倩;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法的研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

4 嚴(yán)海峰;一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由策略研究[D];大連海事大學(xué);2010年

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 紀(jì)紅;無線傳感器網(wǎng)絡(luò):未來新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)[J];當(dāng)代通信;2004年21期

2 李志剛,周興社;傳感器網(wǎng)絡(luò)[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2004年12期

3 臧麗娜;許明;趙晶;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用[J];商場現(xiàn)代化;2006年27期

4 胡曉荷;;將安全從鴕鳥做到麻雀——北京理工大學(xué)胡昌振教授談無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全[J];信息安全與通信保密;2006年10期

5 劉月陽;李娜娜;紀(jì)紅;樂光新;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于能量的成簇協(xié)議[J];無線電工程;2006年10期

6 馬碧春;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用展望[J];中國醫(yī)院管理;2006年10期

7 戴寧江;邱慧敏;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題及對策[J];中國無線電;2006年10期

8 姜華;袁曉兵;付耀先;劉海濤;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信道仿真模型的研究[J];計(jì)算機(jī)仿真;2006年11期

9 邱建林;陸桑璐;陳道蓄;;一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多優(yōu)先級數(shù)據(jù)聚集協(xié)議[J];小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng);2006年11期

10 陸克中;黃劉生;萬潁渝;徐宏力;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的布置[J];小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng);2006年11期

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2 杜景林;陳力軍;謝立;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)集成體系結(jié)構(gòu)[A];2008年全國開放式分布與并行計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(下冊)[C];2008年

3 劉昊;;面向電子智能服裝的人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建[A];“力恒杯”第11屆功能性紡織品、納米技術(shù)應(yīng)用及低碳紡織研討會(huì)論文集[C];2011年

4 李華;李文秀;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在養(yǎng)殖業(yè)污染防治上的應(yīng)用前景[A];全國畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖污染監(jiān)測與控制治理技術(shù)交流研討會(huì)論文集[C];2008年

5 李潔;任海風(fēng);;K重覆蓋無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[A];中國計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2011年會(huì)論文集[C];2011年

6 余旻暉;唐亮;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用[A];中國通信學(xué)會(huì)信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)2011年年會(huì)論文集（下冊）[C];2011年

7 李鳳保;李凌;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)綜述[A];第七屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

8 吳曉蓓;黃成;徐志良;;傳感器網(wǎng)絡(luò)工作效率研究[A];2005全國自動(dòng)化新技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（三）[C];2005年

9 吳榮泉;錢立群;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述[A];普適計(jì)算及其軟件新技術(shù)——第三屆長三角計(jì)算機(jī)科技論壇文集[C];2006年

10 孫丹寧;;影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素分析[A];2006全國復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

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1 羅清岳;[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

2 ;[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2006年

3 美國專利律師 譚文曄　薛之揚(yáng);[N];科技日報(bào);2010年

4 本報(bào)記者 趙建國;[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報(bào);2011年

5 樊哲高;[N];中國電子報(bào);2012年

6 本報(bào)記者 王博;[N];計(jì)算機(jī)世界;2012年

7 溫雅路;[N];人民郵電;2008年

8 彭偉 盧錫城;[N];計(jì)算機(jī)世界;2004年

9 林宗輝;[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

10 特約撰稿 江家興;[N];通信信息報(bào);2007年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉華峰;傳感器網(wǎng)絡(luò)三維拓?fù)浣M織及分簇算法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

2 高英明;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理技術(shù)與理論研究[D];大連理工大學(xué);2009年

3 劉明;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的資源異構(gòu)及能效管理研究[D];華中科技大學(xué);2009年

4 唐林俊;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)若干基礎(chǔ)問題的建模與分析[D];上海大學(xué);2009年

5 崔筱寧;基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)散型事件監(jiān)測技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

6 陸星家;面向普適醫(yī)療的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[D];東華大學(xué);2009年

7 霍宏偉;醫(yī)療護(hù)理無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2010年

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9 高藝;能源自給低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南開大學(xué);2010年

10 袁久銀;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量均衡策略及控制算法研究[D];重慶大學(xué);2009年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭霽;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能與可靠性研究[D];電子科技大學(xué);2008年

2 陸瑩;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)可靠性研究[D];天津大學(xué);2007年

3 潘虎;煤礦安全監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)研究[D];華中科技大學(xué);2007年

4 張杉;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制的研究[D];電子科技大學(xué);2008年

5 宋保業(yè);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];青島科技大學(xué);2008年

6 米琦;基于多維變換的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法研究[D];上海交通大學(xué);2007年

7 魏寶玲;利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)施道路維護(hù)與監(jiān)控[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

8 蔡新文;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

9 陳喆;傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的反監(jiān)控算法研究[D];湖南大學(xué);2008年

10 張衛(wèi)華;溫室低時(shí)延高效無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究[D];江蘇大學(xué);2009年

  本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗分簇路由算法關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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