-無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)主要由許多具有特定功能的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成,這些節(jié)點(diǎn)以無線通信方式,借助其他硬件設(shè)施,自組織為一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。目前,主要通過電池提供節(jié)點(diǎn)工作時(shí)的能源支撐;但是,其有限供給特性限定了WSN的服務(wù)周期。因此,如何在有限的能源支持下最大化WSN的服務(wù)時(shí)間,是WSN技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域面臨的一個(gè)難點(diǎn)和實(shí)用性問題。針對(duì)WSN中存在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)周期短、能效低、吞吐量少的問題,本文結(jié)合變異的蟻群算法,通過改善K-means的聚類效果,設(shè)計(jì)了一種KACO路由算法。首先,基于增加了變異因子的蟻群聚類方法改善了K-means的分簇結(jié)構(gòu),并改進(jìn)了將K-means應(yīng)用于WSN時(shí)分簇個(gè)數(shù)k的確定問題。其次,以節(jié)點(diǎn)的多個(gè)當(dāng)前狀態(tài)值為決定性因素,定義了簇首(Cluster Header,CH)的競(jìng)爭(zhēng)模型。最后,在數(shù)據(jù)傳輸階段,通過根據(jù)節(jié)點(diǎn)間的狀態(tài)信息,設(shè)計(jì)路由選擇方法,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸路徑。實(shí)驗(yàn)表明,KACO路由算法有效減少了傳輸過程中的能量耗費(fèi),增強(qiáng)了WSN的服務(wù)性能。由于按照一般的K-means聚類模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇時(shí),間接的增加了網(wǎng)絡(luò)資源的開銷。因此,為了適應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)資源受限的特點(diǎn),本文基于優(yōu)化的K-means聚類模型,并結(jié)合模糊層次綜合分析(Fuzzy AHP)算法,設(shè)計(jì)了一種EKFAH路由算法。首先,EKFAH在原K-means分簇模型的基礎(chǔ)上增加了調(diào)節(jié)因子,以實(shí)現(xiàn)簇間能耗相對(duì)均衡的簇集劃分;其次,利用Fuzzy AHP方法將節(jié)點(diǎn)的多個(gè)狀態(tài)值作為決策標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化簇首選擇;最后,在數(shù)據(jù)傳輸階段,根據(jù)傳輸距離、能量、跳數(shù)等因素構(gòu)建節(jié)點(diǎn)多跳路由。實(shí)驗(yàn)證明,EKFAH算法對(duì)增強(qiáng)WSN性能具備較好的有效性。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【圖文】：

WSN 起初主要應(yīng)用于對(duì)軍事狀況的監(jiān)控。最初，美國為了監(jiān)測(cè)敵方部隊(duì)在隱蔽下的作戰(zhàn)狀態(tài)，依據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)具備的感知、傳輸、自組織成網(wǎng)等特性，設(shè)計(jì)出由特定功能的感知節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的 WSN 系統(tǒng)架構(gòu)。而由于最初的節(jié)點(diǎn)僅僅只能夠?qū)?shù)據(jù)簡(jiǎn)單的收集和傳輸，無法進(jìn)行復(fù)雜的處理等操作，造成傳輸壓力，降低了服務(wù)質(zhì)量此，美國成立了研究小組，負(fù)責(zé)對(duì) WSN 應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行深入研究，以改善 WSN 在使用中的缺陷。至此，改善 WSN 性能的技術(shù)研究就此拉開了帷幕。.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)WSN 應(yīng)用隨機(jī)分散在目標(biāo)區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)特征，并DMA 分配的時(shí)隙內(nèi)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接脩艚K端，然后終端根據(jù)接收的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)分析特征，完成對(duì)目標(biāo)對(duì)象的的監(jiān)測(cè)與控制。感知節(jié)點(diǎn)內(nèi)部主要由電池、信號(hào)感知單元、處理器與存儲(chǔ)器組件、無線傳輸單元[33]，如圖 2.1。

圖 2.5 WSN 協(xié)議棧結(jié)構(gòu)WSN 協(xié)議棧中，每層協(xié)議具有的功能滿足如下定義：(1) 物理層按照 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)，主要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且健壯的信號(hào)調(diào)制解調(diào)技無線收發(fā)功能。通過調(diào)整節(jié)點(diǎn)的收發(fā)功率，并結(jié)合不同的應(yīng)用條件實(shí)現(xiàn)較好的節(jié)。(2) 數(shù)據(jù)鏈路層主要實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)到幀的封裝，并在傳輸中對(duì)幀進(jìn)行差錯(cuò)控制。N 一般部署在復(fù)雜環(huán)境中，服務(wù)質(zhì)量難以保證，而該層提供的糾錯(cuò)機(jī)制能夠減傳輸信道的誤碼率，保證兩節(jié)點(diǎn)間能夠可靠的完成數(shù)據(jù)的無損傳輸。(3) 網(wǎng)絡(luò)層是 WSN 協(xié)議棧中最重要的層次。該層主要負(fù)責(zé)為傳感器節(jié)點(diǎn)與 B的數(shù)據(jù)傳輸選擇合適的路由，保障節(jié)點(diǎn)之間、網(wǎng)絡(luò)和用戶終端之間能夠正常的相。由于傳感器節(jié)點(diǎn)的能量限制，以及 WSN 不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)需要自擇合適的路由，并保證其穩(wěn)定性及可靠性。(4) 傳輸層主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流在端到端之間傳輸時(shí)的差錯(cuò)及流量控制，是保證 W

18(b) 節(jié)點(diǎn)分簇模型圖圖 3.2 WSN 中節(jié)點(diǎn)分簇結(jié)構(gòu)對(duì)比圖 應(yīng)用中，分簇所要達(dá)到的目標(biāo)有：之間應(yīng)當(dāng)是分散的，簇與簇之間通過簇首通信。在監(jiān)測(cè)環(huán)境中均勻分布。的節(jié)點(diǎn)分布均衡。結(jié)構(gòu)管理 WSN 節(jié)點(diǎn)主要具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 趙倩;張璇;王黎霞;劉聰;楊帥;;基于模糊層次分析法的軟件易用性過程綜合評(píng)價(jià)方法[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究;2013年09期

2 錢志鴻;王義君;;面向物聯(lián)網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J];電子與信息學(xué)報(bào);2013年01期

3 唐小淋;林培群;徐建閩;;基于云計(jì)算和WSN的車聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J];交通信息與安全;2011年05期

4 王建新;趙湘寧;劉輝宇;;一種基于兩跳鄰居信息的貪婪地理路由算法[J];電子學(xué)報(bào);2008年10期

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1 王珊珊;基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究[D];長春理工大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2807281