多匯聚節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其具有良好的信息感知及數(shù)據(jù)交互能力，近年來格外受到研究者們的關(guān)注與重視。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量低功耗、低成本、多功能的無線傳感器節(jié)點組成，這些傳感節(jié)點既能夠進行數(shù)據(jù)采集及信息處理，又可以通過無線信道進行通信互聯(lián)，因此由它們組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)便可通過無線通信技術(shù)及自組織方式形成一種面向任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。但由于在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中密集部署的傳感節(jié)點需要通過網(wǎng)絡(luò)中唯一的匯聚節(jié)點(sink)才可將數(shù)據(jù)信

2、息傳送至用戶終端或控制中心，而這種多對一的傳輸模式使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在能耗均衡性、可靠性等諸多方面均面臨著很大的問題，同時又因無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，也使得單匯聚節(jié)點結(jié)構(gòu)更加不能滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的要求。因此，本文通過在網(wǎng)絡(luò)中增加匯聚節(jié)點個數(shù)的方式來解決上述問題，從而使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運行變得更高效、更穩(wěn)定、更健壯，并且便于管理。本文針對多匯聚節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開展研究，分別從路由協(xié)議設(shè)計、多匯聚節(jié)點的重定位技術(shù)及數(shù)據(jù)

3、融合策略等三方面進行了深入研究并提出了相關(guān)算法。本文的研究成果主要包括以下三個方面:
　　 第一，本文提出了一種基于模糊綜合評判理論的最優(yōu)路由選擇算法ORFCE。該算法通過對傳感節(jié)點到匯聚節(jié)點的跳數(shù)、路徑最小剩余能量與最小平均鏈路質(zhì)量三方面因素進行模糊綜合評判的方式，提供了傳感節(jié)點到對應(yīng)匯聚節(jié)點的多路徑、層次型、主動與按需混合并考慮QoS的分布式最優(yōu)路由選擇，在賦予路由選擇以人性化思考的同時，可保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有更長的網(wǎng)絡(luò)生

4、存期、更高的數(shù)據(jù)包交付率和更少的路由控制信息。仿真實驗結(jié)果表明，與未使用模糊理論及未對影響因素進行全面考慮的其他多匯聚節(jié)點路由協(xié)議相比，本文所提出的ORFCE算法可平均延長約2.8倍的網(wǎng)絡(luò)生存時間，提高約14％的數(shù)據(jù)包交付率，并減少了約37％在路由過程所產(chǎn)生的控制信息數(shù)量。
　　 第二，本文提出了一種基于質(zhì)心原理的多匯聚節(jié)點重定位算法EEMSR。該算法通過將匯聚節(jié)點的一跳鄰居傳感節(jié)點視作質(zhì)點系、其向匯聚節(jié)點傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包數(shù)量作為質(zhì)

5、點質(zhì)量的方式，利用質(zhì)心位置的計算方法將多個匯聚節(jié)點當做各自質(zhì)點系的質(zhì)心用協(xié)作移動的方式逐步逼近并最終定位至各自的最優(yōu)位置，且匯聚節(jié)點的當前最優(yōu)位置可因網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的不斷變化而進行相應(yīng)的調(diào)整，從而始終保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在傳輸數(shù)據(jù)信息時可經(jīng)歷更少的平均跳數(shù)及消耗更少的平均節(jié)點能量。仿真實驗結(jié)果表明，與匯聚節(jié)點固定不動時相比，本文所提出的EEMSR算法可平均延長約69％的網(wǎng)絡(luò)生存時間，提高約5％的數(shù)據(jù)包交付率;而與采用其他策略的匯聚節(jié)點重定位

6、算法相比，該算法也能平均延長約18％的網(wǎng)絡(luò)使用壽命，并提升約6％的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)某晒β省?br>　　 第三，本文提出了一種可權(quán)衡傳感節(jié)點平均能耗及數(shù)據(jù)傳輸平均延遲的數(shù)據(jù)融合算法ECLT。該算法首先使用二級模糊綜合評判方法對原有最優(yōu)路由信息利用傳感節(jié)點的一跳鄰居節(jié)點當前一段時間內(nèi)所轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)進行有利于數(shù)據(jù)融合的相關(guān)調(diào)整，而使新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑在很好的均衡網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點能耗并有效提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時，通過增加原有路徑間交疊的方式來高

7、效的提高數(shù)據(jù)融合度;其次，該算法還可利用傳感節(jié)點的自身狀態(tài)來動態(tài)調(diào)整其當前的融合等待時間，使該數(shù)據(jù)融合定時機制(timing)既能有效的均衡網(wǎng)絡(luò)中各傳感節(jié)點的平均能耗，又可很好的降低網(wǎng)絡(luò)中的平均數(shù)據(jù)延遲。仿真實驗結(jié)果表明，與未考慮數(shù)據(jù)融合的算法相比，本文所提出的ECLT算法可平均延長約1倍的網(wǎng)絡(luò)生存時間，但會降低約3％的數(shù)據(jù)包交付率;而與采用其他數(shù)據(jù)融合機制與融合等待定制策略的算法相比，該算法也能平均延長約10％的網(wǎng)絡(luò)使用壽命，并提高約