无线燃气抄表系统节能型路由算法研究及实现

发布时间：2020-07-09 10:49

【摘要】：随着我国能源结构不断优化,天然气等清洁能源使用比例上升,因此对燃气表的智能化程度需求不断提高。基于物联网、大数据分析、智能控制等技术的无线燃气抄表应用,给燃气公司提供了先进的管理模式,提高了抄表效率,减少了运行成本,并为消费者带来更好的用户体验。由于燃气行业的防爆要求,燃气表通常采用电池供电,因此如何有效降低燃气表使用能耗已成为无线燃气抄表系统研究的热点之一。本文基于节能型路由方法,综述了目前国内外研究现状及相关技术,同时针对能耗敏感、节点同构和节点重要性一致等无线燃气抄表系统特性,对无线抄表网络的节能性和负载均衡进行了优化,从而提升在恶劣环境下单次通信成功率并降低无线抄表过程的能耗。本文的主要工作如下:1.提出了基于优化网络路由改善无线抄表网络能耗的思路。介绍了无线传感器网络路由协议架构,分析了分簇路由协议的执行过程,研究了几种典型的分簇路由协议,并根据网络属性对这些路由协议进行了比较。2.分析了分簇网络中簇数目与网络能耗之间的关系,确定无线燃气抄表系统的无线通信模型,并根据无线燃气抄表网络的特性,分析网络的能耗组成,确定了簇头数目与其他网络参数的相关性。3.针对现有分簇协议存在的问题,提出了一种多参数加权节能型路由算法LEACH-ES。分析对网络能耗产生影响的分簇影响因子,建立了相应的簇头选举函数。通过分析FND、HND和网络剩余能量,确定了最优权重系数。4.最后,对提出的节能型路由算法LEACH-ES进行了仿真和组网测试验证。通过对比分析网络生命周期和网络有效期数据包传输量,结果表明LEACH-ES协议相较LEACH和EACHP在一定程度延长了网络生命周期,提高了网络数据传输量;通过对LEACH-ES协议进行实际组网测试,结果表明应用LEACH-ES协议的无线抄表网络节能性提高了8%。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU996.7
【图文】：

图 3.5 网络剩余能量分布从图 3.5 可以看到，当邻节点通信半径为 50m 时，网络的总剩余能量最不能就此认为当邻节点通信半径为 50m 时是网络最优邻节点通信半径。点通信半径为 50m 时的分簇拓扑图，如图 3.6。

当邻节点通信半径为 16m 至 24m 之间时，网络剩余能量分布值较高，在取值范围内呈现较好的区间较优值。图 3.7 为邻节点通信半径 R 为 24m 时网络的分簇拓扑图，此时网络的簇头数目为 10。多轮分簇过程中，R 为 24m 时的簇头数目在 10 至 13 个范围内波动。同时网络中出现较少孤簇头或某个节点能量消耗异常情况，网络整体剩余能量较优。图 3.7 邻节点通信半径为 24m 的分簇拓扑图图 3.8 是 R 为 16m 的分簇拓扑图，此时网络分簇数目为 21。不过在多轮分簇过程中，R 为 16m 时的网络分簇数目会在 17 个至 24 个区间波动。

图 3.8 邻节点通信半径为 16m 的分簇拓扑图以上仿真实验，验证了之前的公式猜测，邻节点通信半径在一络的分簇结构和网络能耗。同时还发现在邻节点通信半径 R 为耗和分簇结构都有较好的表现，而且分簇数目没有较大波动。为网络能耗最优的邻节点通信半径，此时网络最优簇头数目区

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本文编号：2747346