面向用电信息采集的无线传感器网络路由优化算法研究

发布时间：2017-10-11 22:30

  本文关键词：面向用电信息采集的无线传感器网络路由优化算法研究

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【摘要】：用电信息采集系统作为用电环节的重点在智能电网的建设中发挥着重要作用,然而其本地网络具有节点分散、应用场景复杂等特点。在这种情况下,无线通信技术尤其是以低功耗、低成本为特点的无线传感器网络逐渐展露出其独有的优势,在智能用电中获得了广泛应用。而路由算法决定了数据如何中继,从而直接影响网络的能耗和性能,因此对用电信息采集系统中WSN的路由算法进行研究具有重要意义。在对用电信息采集系统特点、通信需求和通信方式的分析基础上,以无线传感器网络作为感知延伸层,满足未来智能电网无缝覆盖的通信需求,提出基于无线传感器网络的用电信息采集系统架构。然后对现有无线传感器网络路由协议进行深入分析,探究面向用电信息采集的WSN路由协议的设计特点和面临的挑战,为设计性能更优的路由算法奠定基础。为均衡无线传感器网络的流量负载,提出一种基于流量感知的无线传感器网络节能路由优化算法。该算法忽略节点能量有限的因素,并根据WSN中数据转发和水力学中水流传输的相似性,将无线传感器网络抽象成管道输水模型。然后从网络能耗和节点流量负载程度出发,基于节点到Sink节点距离,邻居节点间距离和节点的队列占用率构建压力坡降和比阻函数,最后将二者融合成链路流量,使数据包依据最大链路流量选择下一跳节点并最终到达汇聚节点。该路由算法能够有效均衡网络的流量负载,提高网络吞吐量,并降低网络丢包率、传输时延和网络的总能耗。为解决用电信息采集系统中无线传感器网络的拥塞问题,同时优化网络能耗,提出一种基于拥塞控制的无线传感器网络路由优化算法。该算法首先建立网络排队模型检测网络中节点的拥塞程度,然后根据水力学中河道流速的计算原理,综合考虑节点到Sink节点距离、邻居节点间距离和节点的数据包服务率作为下一跳节点的路由选择标准,分别建立链路比降和流量半径函数,最后将二者进行融合使节点按照链路流速为各条路径分配合适的路由选择概率。该算法使数据包有效地分配到多条路径从而保证无线网络资源的公平利用,在有效降低网络丢包率的同时,还维持较高的能量效率。
【关键词】：用电信息采集系统 无线传感器网络 路由优化 流量感知 拥塞控制
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.2.1 用电信息采集系统研究现状11-12
• 1.2.2 无线传感器网络路由算法研究现状12
• 1.3 论文主要工作及内容安排12-14
• 第2章 用电信息采集系统关键技术研究14-20
• 2.1 用电信息采集系统的特点14
• 2.2 用电信息采集系统的通信需求14-15
• 2.3 用电信息采集系统通信方式对比分析15-17
• 2.3.1 远程通信15-16
• 2.3.2 本地通信16-17
• 2.4 基于无线传感器网络的用电信息采集系统架构17-19
• 2.5 本章小结19-20
• 第3章 无线传感器网络路由算法概述20-25
• 3.1 无线传感器网络路由设计的特点20
• 3.2 无线传感器网络算法分类20-24
• 3.2.1 平面路由协议21-22
• 3.2.2 层次路由协议22-24
• 3.3 用电信息采集系统中WSN路由设计面临的挑战24
• 3.4 本章小结24-25
• 第4章 基于流量感知的无线传感器网络节能路由优化算法25-39
• 4.1 引言25-26
• 4.2 网络与能耗模型26-27
• 4.2.1 网络模型26
• 4.2.2 能耗模型26-27
• 4.3 算法描述27-28
• 4.4 算法设计28-33
• 4.4.1 压力坡降28-30
• 4.4.2 比阻30-31
• 4.4.3 路由选择31-33
• 4.4.4 本地拓扑重构策略33
• 4.5 仿真结果与分析33-38
• 4.6 本章小结38-39
• 第5章 基于拥塞控制的无线传感器网络路由优化算法39-53
• 5.1 引言39-40
• 5.2 网络排队模型40-41
• 5.3 算法描述41-43
• 5.4 算法设计43-48
• 5.4.1 链路比降43-44
• 5.4.2 流量半径44-46
• 5.4.3 路由选择46-48
• 5.5 仿真结果与分析48-52
• 5.5.1 性能参数48
• 5.5.2 不同负载下的对比分析48-52
• 5.6 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-59
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1015136