【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)的第三次革命,受到世界各國(guó)政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界的高度重視。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的"末梢神經(jīng)",綜合了信息感知、無(wú)線通信、分布式信息處理等技術(shù),實(shí)現(xiàn)物理世界、計(jì)算世界和人類(lèi)社會(huì)三元世界的互聯(lián)互通。隨著移動(dòng)終端技術(shù)的發(fā)展與普及,移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進(jìn)的一個(gè)新趨勢(shì)�？煽啃允窃u(píng)價(jià)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要指標(biāo),決定了移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文以復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用環(huán)境為研究背景,著重從適用于大規(guī)模、信息較簡(jiǎn)單且時(shí)延容忍的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),開(kāi)展移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性關(guān)鍵問(wèn)題研究。通過(guò)引入智能學(xué)習(xí)方法和群智能仿生優(yōu)化算法,解決工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)方法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靠性評(píng)估方法、移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)路徑優(yōu)化對(duì)數(shù)據(jù)收集效率和網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響、基于數(shù)據(jù)融合方法的數(shù)據(jù)可靠傳輸、多路徑路由智能容錯(cuò)策略等可靠性問(wèn)題,保證移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用環(huán)境下節(jié)能、高效、可靠地運(yùn)行。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)及可靠性評(píng)估方法基礎(chǔ)研究針對(duì)外界干擾造成節(jié)點(diǎn)失效、網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量變差、數(shù)據(jù)傳輸失敗等故障影響,為了及時(shí)、正確地給出修補(bǔ)方案來(lái)預(yù)防和消除故障,提出一種基于核函數(shù)的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障預(yù)測(cè)算法。選用徑向基函數(shù)作為核函數(shù)的故障預(yù)測(cè)模型,分別從節(jié)點(diǎn)硬件故障和網(wǎng)絡(luò)故障兩個(gè)方面進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的故障預(yù)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)MWSN節(jié)點(diǎn)硬件故障和網(wǎng)絡(luò)故障較好地預(yù)測(cè),提高M(jìn)WSN運(yùn)行的可靠性。同時(shí)針對(duì)MWSN可靠性難以準(zhǔn)確、全面、系統(tǒng)地評(píng)估,建立網(wǎng)絡(luò)功能值表示MWSN連通狀態(tài)可靠性評(píng)估模型,運(yùn)用基于時(shí)間演進(jìn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移蒙特卡羅可靠性評(píng)估方法,應(yīng)用于評(píng)估MWSN三種典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)和帶狀網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)絡(luò)可靠性。仿真結(jié)果表明,提出的方法可對(duì)網(wǎng)狀、樹(shù)狀和帶狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MWSN可靠性快速準(zhǔn)確地評(píng)估,為MWSN可靠性全面、準(zhǔn)確地評(píng)估提供了有效的手段。(2)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集節(jié)能與可靠性研究傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方法只考慮提高數(shù)據(jù)采集量或降低網(wǎng)絡(luò)的能耗。通過(guò)查閱文獻(xiàn)和研究,證明MWSN數(shù)據(jù)收集問(wèn)題是一個(gè)NP—難問(wèn)題。在MWSN數(shù)據(jù)收集過(guò)程中,綜合考慮分簇簇頭節(jié)點(diǎn)選取、普通節(jié)點(diǎn)到簇頭節(jié)點(diǎn)傳輸路徑以及移動(dòng)Sink的路徑優(yōu)化,提出一種基于人工蜂群的移動(dòng)Sink數(shù)據(jù)收集啟發(fā)式算法。對(duì)Sink移動(dòng)路徑規(guī)劃使用人工蜂群算法得到訪問(wèn)各個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)的最短路徑,普通節(jié)點(diǎn)通過(guò)多跳路由的方式將數(shù)據(jù)傳送到就近的簇頭節(jié)點(diǎn)暫時(shí)存儲(chǔ),之后再傳送給移動(dòng)Sink。與隨機(jī)行走和基于蟻群算法的數(shù)據(jù)收集方法相比,仿真結(jié)果表明,提出的算法能有效地減少感知節(jié)點(diǎn)傳送到Sink數(shù)據(jù)量、降低網(wǎng)絡(luò)能耗、提高數(shù)據(jù)收集效率、能耗均衡性和網(wǎng)絡(luò)可靠性、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。(3)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性研究針對(duì)感知節(jié)點(diǎn)采集到的原始數(shù)據(jù)存在高度冗余,冗余數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中會(huì)消耗過(guò)多的能量,縮短網(wǎng)絡(luò)壽命,提出一種基于極限學(xué)習(xí)機(jī)的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法。首先Sink根據(jù)簇頭分簇后的信息構(gòu)造極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),并搜集樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中與簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)信息相匹配的樣本進(jìn)行訓(xùn)練,得到相關(guān)的極限學(xué)習(xí)機(jī)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。之后將網(wǎng)絡(luò)各層的參數(shù)(權(quán)值、閾值)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的簇頭節(jié)點(diǎn)。簇頭節(jié)點(diǎn)利用訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合處理,最后將處理好的數(shù)據(jù)以最短路徑發(fā)送給Sink。與LEACH算法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相比,仿真結(jié)果表明,提出的算法減少數(shù)據(jù)傳輸量和網(wǎng)絡(luò)能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期,提高數(shù)據(jù)融合效率和數(shù)據(jù)傳輸可靠性。(4)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑路由智能容錯(cuò)可靠性研究針對(duì)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的路由容錯(cuò)問(wèn)題,同時(shí)考慮路由優(yōu)化過(guò)程中能量平衡機(jī)制,建立了相應(yīng)的簇內(nèi)路由智能容錯(cuò)模型,提出一種基于人工蜂群優(yōu)化粒子群的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由智能容錯(cuò)算法,快速尋找到一條時(shí)延短、可靠性高的替代傳輸路徑。通過(guò)對(duì)多路徑數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行編碼、人工蜂群訓(xùn)練優(yōu)化、粒子群協(xié)同更新進(jìn)化、最優(yōu)粒子選擇等操作進(jìn)行問(wèn)題求解,充分利用原先路徑提供的信息快速恢復(fù)一條高效、可靠的路由傳輸路徑,為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供更快的全局收斂性能和更精確解。與AODV-SMS算法和AODV-SMS(PSO)算法對(duì)比分析,仿真結(jié)果表明,提出的路由容錯(cuò)策略大大縮減了網(wǎng)絡(luò)能耗和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延,提高網(wǎng)絡(luò)魯棒性和可靠性。通過(guò)引入智能優(yōu)化算法,對(duì)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)深入地研究,滿足工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ淇煽啃蕴岢龅膰?yán)苛要求。本文的研究不僅完善移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性理論,為發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、延伸互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍提供有力的支撐,也為構(gòu)建適用于復(fù)雜工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的可靠移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供有效途徑。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：2457144