本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由及定位技術(shù)的研究

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的具有感知和計(jì)算能力的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式形成的多跳自組織網(wǎng)絡(luò),它是一種集成了數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)娜录夹g(shù)。具有部署靈活、容錯(cuò)性強(qiáng)、成本低廉等特點(diǎn),在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)控制、災(zāi)難拯救等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)存在的技術(shù)問題中,路由協(xié)議在于尋找從源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化路徑,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠的傳輸,是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)與保證。節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)散布在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的未知節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位,以便了解事件發(fā)生的具體位置。為解決以上兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題,本文在總結(jié)和分析現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)路由協(xié)議以及節(jié)點(diǎn)定位技術(shù)進(jìn)行了研究。本文的主要貢獻(xiàn)包含以下幾個(gè)方面:(1)提出了一種基于蟻群算法的QoS路由協(xié)議。該算法在選擇下一跳節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)移概率公式中,除了考慮距離因素以外還考慮了能量因素,可以有效均衡網(wǎng)絡(luò)能量;另外,為滿足QoS要求,在信息素更新規(guī)則中,同時(shí)引入剩余帶寬和時(shí)延約束。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該協(xié)議在平均端到端時(shí)延、平均帶寬方面均具有良好的性能,所生成的路徑能夠滿足QoS要求,同時(shí)均衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。(2)針對(duì)LEACH協(xié)議所存在的簇頭隨機(jī)選舉、分簇不平衡、節(jié)點(diǎn)間直接通信的缺點(diǎn),提出一種LEACH協(xié)議的改進(jìn)算法。該算法依據(jù)優(yōu)化后的簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)目將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分成若干個(gè)區(qū)域;在各區(qū)域中綜合考慮節(jié)點(diǎn)的幾何位置及剩余能量來選擇簇頭節(jié)點(diǎn);另外,對(duì)距離簇頭節(jié)點(diǎn)較遠(yuǎn)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)采用中間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行通信。仿真結(jié)果表明,與LEACH協(xié)議相比,新算法具有較好的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,可以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。(3)針對(duì)AHLos算法中所存在的誤差累積的缺陷,提出了基于加權(quán)虛擬力的協(xié)作定位算法。該算法考慮兩種情況:對(duì)鄰居信標(biāo)節(jié)點(diǎn)不少于三個(gè)的未知節(jié)點(diǎn)首先采用原子多邊算法進(jìn)行定位,并對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行判定,對(duì)定位結(jié)果不滿足精度判定標(biāo)準(zhǔn)的未知節(jié)點(diǎn)采用本文所提出的加權(quán)虛擬力定位算法,該算法利用信標(biāo)節(jié)點(diǎn)對(duì)未知節(jié)點(diǎn)的虛擬力使得未知節(jié)點(diǎn)從估計(jì)位置逐漸向真實(shí)位置移動(dòng);對(duì)鄰居信標(biāo)節(jié)點(diǎn)少于三個(gè)的未知節(jié)點(diǎn),借助一跳和二跳信標(biāo)節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作進(jìn)行定位。仿真結(jié)果表明,與AHLos算法相比,所提出的算法有效提高了網(wǎng)絡(luò)的定位精度和定位比例。(4)設(shè)計(jì)了一套井下巷道定位系統(tǒng)。包括對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)硬件及軟件的設(shè)計(jì);并且針對(duì)井下狹長(zhǎng)的巷道結(jié)構(gòu),提出了一種簡(jiǎn)易的井下巷道冗余節(jié)點(diǎn)部署策略,可以滿足移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的定位要求;然后針對(duì)定位過程中定位圓無法相交的情況,提出了對(duì)定位圓進(jìn)行半徑擴(kuò)展的距離修正定位算法。樓道環(huán)境中對(duì)該系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)數(shù)據(jù)的可靠傳輸,以及對(duì)攜帶移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的工作人員的準(zhǔn)確定位。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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