【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的自組織無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),它從周圍環(huán)境采集信息,并將采集到的信息以多跳中繼方式發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)或基站。由傳感、數(shù)據(jù)處理、通信和電源子系統(tǒng)構(gòu)成的傳感器節(jié)點(diǎn)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件,由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限,一旦能量耗盡很難及時(shí)補(bǔ)充,所以就需要在進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究或進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)著重考慮能耗問題,使得節(jié)點(diǎn)能在較長的時(shí)間內(nèi)保持正常的工作能力。此外,節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)采集的主要設(shè)備,一旦其發(fā)生故障就會采集發(fā)送有誤數(shù)據(jù),作為能耗受限的設(shè)備,如何在節(jié)省能耗的同時(shí)高效地檢測出異常數(shù)據(jù)也需要深入研究。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)緊耦合,無法靈活地實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議等的更新。軟件定義網(wǎng)絡(luò)將傳統(tǒng)緊耦合架構(gòu)進(jìn)行解耦,使控制平面和數(shù)據(jù)平面分離開來,更好地實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的靈活可控,為此在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中引入了這種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。本文基于軟件定義網(wǎng)絡(luò),對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能耗有限,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期較短,以及因傳感器節(jié)點(diǎn)故障采集有誤信息,使決策者做出不準(zhǔn)確的決定進(jìn)行理論分析和算法研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量受限和負(fù)載不平衡問題,提出了一種基于鄰域子空間協(xié)作的多徑負(fù)載均衡路由算法。在基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,有普通傳感器節(jié)點(diǎn)和軟件定義的傳感器節(jié)點(diǎn)。首先,感知節(jié)點(diǎn)采用單位圓模型,算法將節(jié)點(diǎn)一跳鄰域靠近基站區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)劃分在不同區(qū)域中,根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知,多路徑路由通過三條路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)是最佳的。為此將節(jié)點(diǎn)劃分在三個(gè)區(qū)域,再采用改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法,以最短距離和最小能耗為優(yōu)化目標(biāo),設(shè)計(jì)一個(gè)適應(yīng)度函數(shù)來尋找每個(gè)區(qū)域中的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn),找到三條轉(zhuǎn)發(fā)路徑,將負(fù)載按比例分配給每條路徑,通過三條不同路徑并行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。減少了單個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載,降低了節(jié)點(diǎn)本身的能耗,提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能,延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。由于節(jié)點(diǎn)故障而使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)收集的數(shù)據(jù)是異常的,這使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性較低,為此提出了一種基于聚類的分布式異常數(shù)據(jù)檢測算法。該算法基于一種上下兩層的分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn),底層采用K-means算法思想,結(jié)合改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法,將歐氏距離作為類內(nèi)聚類的指標(biāo)設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù);上層類間通過KNN算法進(jìn)行集中式異常類檢測,之后將異常類信息下發(fā)至所有節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)通過將自身數(shù)據(jù)向量與異常類數(shù)據(jù)向量進(jìn)行對比來檢測出異常數(shù)據(jù)。該分布式聚類算法執(zhí)行類內(nèi)與類間聚類兩個(gè)步驟,檢測精度很高,誤檢率很低,并且在底層聚類的過程中,向上層父節(jié)點(diǎn)逐次發(fā)送信息時(shí)發(fā)送的是主要信息,所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信開銷整體減小。最后,通過MATLAB仿真軟件,對所提算法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行結(jié)果對比分析;實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)均衡負(fù)載算法,在網(wǎng)絡(luò)能耗和均衡負(fù)載等方面與現(xiàn)有算法相比都表現(xiàn)出更好的性能;基于軟件定義網(wǎng)絡(luò),采用分布式架構(gòu)進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)異常數(shù)據(jù)檢測的算法,有很高的檢測準(zhǔn)確率和很低的誤檢率,同時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信開銷也較低。
【圖文】：

基于SDN 的無線傳感網(wǎng)負(fù)載均衡與異常檢測研究能量主要在無線通信模塊中消耗，即數(shù)據(jù)傳輸過程。在中，重點(diǎn)關(guān)注單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能耗和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能耗均衡，的出發(fā)點(diǎn)。目前已有多種傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件平臺，，依據(jù)點(diǎn)上各個(gè)模塊采用現(xiàn)成商用產(chǎn)品的 Commercial Off-Th開發(fā)成本低且周期短，所以使用較多；第二類是只采用 System On Chip（SOC）節(jié)點(diǎn)，此類節(jié)點(diǎn)開發(fā)都是為一有一類是在軍事領(lǐng)域應(yīng)用較多的體積很小的微型節(jié)點(diǎn)。圖 2.3 所示。

基于SDN 的無線傳感網(wǎng)負(fù)載均衡與異常檢測研究的參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在 δ 取值為 0.2，ε 取值為 0適應(yīng)度函數(shù)值的收斂曲線如圖 3.5 所示，從圖中可后收斂。因此，我們將改進(jìn)粒子群算法的最大迭代次
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃海劍;;幾種典型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的自身定位算法[J];巴音郭楞職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2012年02期

2 龍俊;;淺析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用[J];廣東職業(yè)技術(shù)教育與研究;2019年06期

3 陳明;楊靖;;山區(qū)地形無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋機(jī)制研究[J];計(jì)算機(jī)產(chǎn)品與流通;2020年01期

4 王澤兵;李貫峰;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[J];信息記錄材料;2019年11期

5 馬康忠;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用若干關(guān)鍵問題研究[J];電子測試;2019年09期

6 張秀;;關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用研究[J];南方農(nóng)機(jī);2019年19期

7 劉偉;劉亞榮;李卓;徐丹彤;;《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探析[J];科技視界;2019年32期

8 尚建貞;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的自身定位系統(tǒng)研究[J];信息與電腦(理論版);2019年22期

9 劉蓉;;基于性價(jià)比的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量空洞避免研究[J];電子制作;2017年22期

10 郭祥東;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用[J];中國新技術(shù)新產(chǎn)品;2018年09期

相關(guān)會議論文 前10條

1 丁翠;牛長流;李建軍;秦愛梅;;淺析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)作信號與信息處理[A];《教師教學(xué)能力發(fā)展研究》科研成果集（第十一卷）[C];2017年

2 吳佳;蘇丹;袁衛(wèi)國;;智能電網(wǎng)中的認(rèn)知無線電傳感器網(wǎng)絡(luò)[A];2016智能電網(wǎng)發(fā)展研討會論文集[C];2016年

3 張爭明;林春;應(yīng)懷樵;;化工安全領(lǐng)域的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[A];第二十二屆全國振動與噪聲應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

4 周楊;張冬梅;查選;;基于時(shí)空模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)入侵檢測算法[A];第十屆中國通信學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

5 王曉;牛長流;魏曉東;王迪;;基于超聲波的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位設(shè)計(jì)[A];第十屆中國通信學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

6 林吉;齊晉維;李暉;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)測距技術(shù)綜述[A];第十三屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集（理工農(nóng)醫(yī)）[C];2016年

7 于海斌;曾鵬;;中國無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展與挑戰(zhàn)[A];2007-2008控制科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展報(bào)告[C];2008年

8 李娜;翟建設(shè);;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合設(shè)計(jì)[A];第三屆長三角氣象科技論壇論文集[C];2006年

9 王培國;陳芳群;閆斌;;基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信樞紐安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[A];四川省通信學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

10 高靜;李建中;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集算法研究進(jìn)展[A];黑龍江省計(jì)算機(jī)學(xué)會2009年學(xué)術(shù)交流年會論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 本報(bào)記者 黨博文;昕諾飛:打造全球最大傳感器網(wǎng)絡(luò)[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2018年

2 四川科技職業(yè)學(xué)校鼎利學(xué)院 劉桄序;物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器應(yīng)用熱點(diǎn)[N];電子報(bào);2017年

3 賽迪顧問半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究中心分析師 李龍;工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品前景廣闊[N];中國計(jì)算機(jī)報(bào);2015年

4 張慶佳;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)[N];人民郵電;2015年

5 樊哲高;我國傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作取得新進(jìn)展[N];中國電子報(bào);2012年

6 本報(bào)記者 王博;傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)取得新進(jìn)展[N];計(jì)算機(jī)世界;2012年

7 本報(bào)記者 趙建國;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改變未來世界[N];中國知識產(chǎn)權(quán)報(bào);2011年

8 記者 陸成鋼　通訊員 尚曉天;以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)打造智能化城市[N];嘉興日報(bào);2009年

9 賽迪顧問信息產(chǎn)業(yè)研究中心高級咨詢顧問 王坤;國際物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用概況[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2009年

10 記者 張平陽;傳感器網(wǎng)絡(luò)助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)[N];西安日報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 Syed Bilal Hussain Shah;智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、路由和定位方法研究[D];大連理工大學(xué);2019年

2 牛炳鑫;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中高時(shí)效信息收集機(jī)制的研究[D];大連理工大學(xué);2019年

3 趙建光;基于向量網(wǎng)的軟件定義無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[D];北京交通大學(xué);2019年

4 默罕默德;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題進(jìn)行分析研究[D];北京交通大學(xué);2019年

5 張曉梅;車載自組織和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中安全可靠的服務(wù)傳輸研究[D];上海交通大學(xué);2018年

6 楊健;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2017年

7 應(yīng)可珍;能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2019年

8 林德鈺;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能策略關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

9 張朝輝;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與目標(biāo)三維定位研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

10 于斌斌;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的認(rèn)證與簽名方案研究[D];吉林大學(xué);2019年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李娜;基于飛蛾捕焰優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)定位算法研究[D];山東科技大學(xué);2018年

2 楊亞楠;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)測距研究[D];山東理工大學(xué);2019年

3 李杜;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)內(nèi)處理路由研究[D];華中科技大學(xué);2019年

4 胡鑫;基于遺傳K-means算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究[D];燕山大學(xué);2019年

5 馬文鈺;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)k-覆蓋空洞檢測算法研究[D];東南大學(xué);2019年

6 趙赫瑤;具有能耗均衡特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化研究[D];燕山大學(xué);2019年

7 施曉斌;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題研究[D];福州大學(xué);2018年

8 陳海燕;應(yīng)用于SHM的6LoWPAN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究[D];福州大學(xué);2018年

9 朱騰;基于SDN的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由協(xié)議研究[D];沈陽理工大學(xué);2019年

10 李軍;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多跳連通簇群集的構(gòu)造與分析[D];上海交通大學(xué);2016年

本文編號：2637442