【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSNs)在農業(yè)生產(chǎn)、水質監(jiān)測和醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領域得到了廣泛的應用,為信息的獲取提供了新的手段。通常,WSNs由價格較低、功耗較低和體積較小的多個傳感器節(jié)點組成,這些傳感器節(jié)點由能量有限的電池進行供電,而且一旦部署在監(jiān)測區(qū)域,它們將持續(xù)運行,直到電能耗盡。因此,研究WSNs的關鍵技術之一就是如何在保證數(shù)據(jù)高效、可靠傳輸?shù)那闆r下,設計出能夠有效降低網(wǎng)絡能量消耗、顯著延長網(wǎng)絡壽命的路由協(xié)議。本文來源于2016年西安郵電大學和德國萊比錫電信應用技術大學xxxxxx項目下的“Working in Projects”子課題。論文以WSNs網(wǎng)絡在農業(yè)氣象環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測需求為出發(fā)點,分別從網(wǎng)絡拓撲結構和感知信息傳輸兩個方面展開研究,提出了一種基于改進灰狼優(yōu)化器的WSNs分簇路由算法,具體研究內容如下:(1)針對LEACH算法采用隨機選取簇首的方式會導致網(wǎng)絡中存在簇首分布過于分散或集中的問題,引入初始簇來進行改善。利用節(jié)點的距離中位數(shù)算法,在等間隔的距離上選舉一定比例的初始簇首,從而形成分布均勻的初始簇。(2)在標準灰狼優(yōu)化器(GWO)的基礎上,改進了獵物位置權重因子,給出了基于狼群適應值的改進灰狼優(yōu)化器(FIGWO),提出了一種基于改進灰狼優(yōu)化器的WSNs成簇算法。該算法將灰狼個體映射為網(wǎng)絡中傳感器節(jié)點,通過灰狼個體的剩余能量以及距離信息來計算每個灰狼個體的適應值,利用適應值前三的灰狼個體來重新定義獵物的位置函數(shù)。最后將改進的灰狼優(yōu)化器應用于簇首選舉階段以選出更加合適的簇首。(3)針對LEACH算法采取簇內節(jié)點均與簇首通信的方式導致網(wǎng)絡簇首和部分距離基站較近的節(jié)點能量消耗增加的問題,引入最短路徑傳輸技術。即在節(jié)點與簇首距離大于其與基站距離的情況下,節(jié)點將感知數(shù)據(jù)全部轉發(fā)至基站。本文提出的分簇路由算法,一方面優(yōu)化了簇結構,減少了簇內成員節(jié)點個數(shù),降低了簇首的數(shù)據(jù)接收能耗,同時也降低了部分節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸距離。另一方面,增加了基站接收的數(shù)據(jù)分組數(shù),使得基站能夠獲得更加豐富的感知信息。仿真表明,相對于LEACH、SEP協(xié)議,FIGWO協(xié)議使網(wǎng)絡生存周期分別延長了57.8%和31.5%;使基站接收數(shù)據(jù)分組數(shù)分別增加了177%和145%。
【圖文】：

圖 2.1 傳感器的組成模塊各個模塊的主要功能如下。傳感器模塊：主要用于感知和采集監(jiān)測區(qū)域內的數(shù)據(jù)信息，并負責將模擬信號轉換為數(shù)字信號。處理器模塊：包括處理與存儲。主要任務是對數(shù)據(jù)進行計算和調度。無線通信模塊：負責節(jié)點與節(jié)點、或節(jié)點與匯聚節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交互，完成數(shù)據(jù)轉發(fā)。能量供應模塊：為節(jié)點的正常工作提供基本能量。各個

圖 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡結構（3）網(wǎng)絡協(xié)議棧結構WSNs 協(xié)議棧的結構一般包括五層，分別是提供無線收發(fā)和對信號進行調制；將數(shù)據(jù)成幀發(fā)送，，進行差錯控制的數(shù)據(jù)鏈路層；控制路由選擇的網(wǎng)絡層；傳輸質量的傳輸層；以及由一些用來監(jiān)測的應用軟件所組成的應用層[25]。具
【學位授予單位】：西安郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 周偉;景博;黃以鋒;焦曉璇;胡家興;梁威;;基于CS的機載分簇型WSN數(shù)據(jù)采集方法[J];通信學報;2015年05期

2 李智敏;陳祥光;;基于異步MAC協(xié)議的WSN節(jié)點通信能耗模型的研究及應用[J];北京理工大學學報;2015年02期

3 徐曉斌;張光衛(wèi);孫其博;楊放春;;一種誤差可控傳輸均衡的WSN數(shù)據(jù)融合算法[J];電子學報;2014年06期

4 張繼榮;王文斌;苗國防;;基于LEACH協(xié)議的簇頭輔助路由算法[J];西安郵電大學學報;2014年03期

5 古欣;禹繼國;王光輝;;無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議綜述[J];通信技術;2013年08期

6 張弛;辛云宏;;無線傳感器網(wǎng)絡查詢式分簇路由算法研究[J];現(xiàn)代電子技術;2013年15期

7 王瑞錦;秦志光;王佳昊;;無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議分析[J];電子科技大學學報;2013年03期

8 劉茲恒;周佳貴;;日本“U-JAPAN”計劃和發(fā)展現(xiàn)狀[J];大學圖書館學報;2013年03期

9 李建洲;王海濤;陶安;;一種能耗均衡的WSN分簇路由協(xié)議[J];傳感技術學報;2013年03期

10 易健翔;秦肖臻;汪秉文;;基于WSN的電力信息機房監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J];計算機與數(shù)字工程;2013年01期

相關碩士學位論文 前5條

1 陳小婭;基于K-means聚類的LEACH協(xié)議的改進研究[D];廈門大學;2014年

2 王錫龍;基于WSN技術的生命體征（體溫）檢測系統(tǒng)研究與應用[D];哈爾濱商業(yè)大學;2013年

3 羅勰;無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧的設計與開發(fā)[D];南京理工大學;2012年

4 柳相楠;面向拓撲信息感知的無線傳感器網(wǎng)絡路由技術研究[D];上海海洋大學;2012年

5 王登第;無線傳感器網(wǎng)絡基于多路徑的可靠性路由算法研究[D];山東大學;2010年

本文編號：2703643