【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)將傳感器節(jié)點通過感知、收集、處理的數(shù)據(jù)信息以自組織和多跳的方式發(fā)送給最終的所有者。由于無線傳感器網(wǎng)絡具有大規(guī)模、低成本和自組織的特性,使無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測、災難救助、軍事、工業(yè)等領域具有廣泛的應用前景。但是,由于無線傳感器網(wǎng)絡受環(huán)境、節(jié)點能量和惡意攻擊等因素的影響,網(wǎng)絡易于產(chǎn)生數(shù)據(jù)包丟失和中斷,因此數(shù)據(jù)在無線傳感器網(wǎng)絡傳輸過程中的可靠性難以保證。為了實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡中可靠傳輸?shù)哪繕?本文從任務映射和傳輸機制兩個方面進行規(guī)劃設計,提出了無線傳感器網(wǎng)絡中面向可靠傳輸?shù)馁Y源分配方法。本文的主要工作和創(chuàng)新有:(1)針對無線傳感器網(wǎng)絡中面向可靠傳輸?shù)娜蝿沼成?本文將無線傳感器網(wǎng)絡中的任務映射問題轉(zhuǎn)換成可靠性和調(diào)度長度等多個約束條件下的任務映射能耗最小問題,利用離散粒子群優(yōu)化映射算法進行迭代計算,獲取每個任務的最優(yōu)映射節(jié)點。對傳統(tǒng)的粒子群優(yōu)化算法的慣性因子進行改進,使其隨迭代次數(shù)線性遞減。當資源需求量大的任務需要映射到多個節(jié)點上協(xié)作完成時,在離散粒子群優(yōu)化映射中加入最優(yōu)節(jié)點就近的映射原則,減少了任務之間的通信能耗。最后運用Matlab平臺,在能耗方面與基于蟻群的任務映射算法進行對比,結(jié)果顯示本文的任務映射算法能耗較少,接著分析了不同能耗下任務映射的可靠度,結(jié)果表明本文在能耗較小的情況下就可以保證任務映射的可靠度。(2)為了實現(xiàn)可靠性傳輸,本文采用優(yōu)化中繼的多路徑傳輸方式。根據(jù)節(jié)點的最小能耗計算出該節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)化中繼區(qū)域,然后在中繼區(qū)域內(nèi)選擇最優(yōu)和次優(yōu)的節(jié)點作為中繼的下一跳節(jié)點,依次進行中繼選擇獲得多條傳輸路經(jīng)。其中,中繼區(qū)域內(nèi)最優(yōu)和次優(yōu)的2個節(jié)點是根據(jù)區(qū)域內(nèi)節(jié)點的能量、距離和中心性選擇的。最后用Matlab進行仿真,將任務傳輸?shù)亩鄺l傳輸路徑的網(wǎng)絡負載均衡率、丟包率和能耗與Re InForM多路徑路由算法進行對比,發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)絡能耗、丟包率和負載均衡率三個方面都有明顯的改進。
【圖文】：

圖 5 無線傳感器網(wǎng)絡任務圖Fig 5 Task graph of wireless sensor network(2) 為提高節(jié)點的利用效率，各個節(jié)點上的負載應基本均衡。任務映射可以看作任務的資源需求與節(jié)點的資源供給的最優(yōu)匹配如圖 6 所示，圖 6 構建了 p 個任務與 s 個節(jié)點的排列組合，是一個簡單的任務映射模型。其中，M 表示需要映射的任務的集合 {,,...,,...,,...,,}121mmmmmmp p ji，p 表示任務的個數(shù)，N 表示傳感器節(jié)點的集合 {,,...,,...,,...,,}121nnnnnns s ji，s 表示節(jié)點的個數(shù)。圖 7 是任務映射的流程圖，該流程的過程是：根據(jù)任務的最早執(zhí)行時間(EST)和最遲執(zhí)行時間(LST)對任務的調(diào)度順序進行排序，根據(jù)任務的調(diào)度順序，采用離散粒子群優(yōu)化算法為任務搜索出滿足可靠性、調(diào)度長度等多個約束條件下的全局能耗最小的傳感器節(jié)點，然后將任務映射至傳感器節(jié)點上。圖 8 的數(shù)據(jù)結(jié)構表示任務映射到節(jié)點的結(jié)果，即每一五維鏈表元素結(jié)構都表示目標函數(shù)的一個解，其表示任務im 映射到了節(jié)點jn 上。

圖 5 無線傳感器網(wǎng)絡任務圖Fig 5 Task graph of wireless sensor network點的利用效率，各個節(jié)點上的負載應基本均衡以看作任務的資源需求與節(jié)點的資源供給的最 p 個任務與 s 個節(jié)點的排列組合，是一個簡單的要映射的任務的集合 {,,...,,...,,...,12mmmmmp p ji傳感器節(jié)點的集合 {,,...,,...,,...,,}121nnnnnns s ji，s映射的流程圖，該流程的過程是：根據(jù)任務的最(LST)對任務的調(diào)度順序進行排序，根據(jù)任務的算法為任務搜索出滿足可靠性、調(diào)度長度等多個感器節(jié)點，然后將任務映射至傳感器節(jié)點上。圖點的結(jié)果，，即每一五維鏈表元素結(jié)構都表示目標射到了節(jié)點jn 上。
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

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本文編號：2708351