制造物联网中节点部署与拓扑控制优化策略研究

发布时间：2017-08-19 14:07

  本文关键词：制造物联网中节点部署与拓扑控制优化策略研究

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【摘要】：制造物联网(Internet of Manufacturing Things, IOMT)是将网络、嵌入式、RFID、传感器等技术相融合。它应用于制造过程中，从而达到产品生产过程中信息的自动感知与采集、智能处理与控制的一种新型制造模式。相比于传统的无线网络,制造物联网的网络架构更加复杂。针对制造车间复杂的生产环境和多变的生产工艺流程,这制造物联网节点的感知与传输等带来的问题,动态环境下节点的部署需要灵活多变,数据采集传输需要充分考虑能耗问题和可靠性问题。本文主要针对制造车间复杂的网络特点,着重研究制造物联网环境下的节点部署与网络拓扑控制策略,具体内容如下：(1)综合分析制造物联网的特点和结构,并总结了当前所提出的节点部署和拓扑控制策略,分析他们的优点和不足。(2)针对制造物联网应用场景复杂的环境因素和多变的工艺流程,节点的部署需要满足灵活多变性。提出一种混合了鱼群算法与虚拟力算法的优化感知节点部署策略,结合两种算法各自的优势,能够较快找到最优解并保证整个网络高覆盖率与网络的整体性能。(3)在节点部署完成之后,充分考虑网络的特点,针对节点的能耗和负载问题提出一种基于粒子群算法的负载均衡多跳分簇拓扑控制算法,平衡网络内节点的负载,在保证网络性能的前提下降低节点能量消耗,延长整个网络的生命周期。最后针对本文所提出的两个算法进行实验仿真,与一些经典算法进行比较,基于鱼群与虚拟力混合优化的节点部署策略提高了节点部署的覆盖率,并验证了在移动节点数目增加的情况下优化效果更佳；基于粒子群算法的负载均衡多跳分簇拓扑控制策略降低了节点的能量消耗,并实现了负载均衡。
【关键词】：制造物联网 节点部署 可靠感知 拓扑控制
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题的研究背景及意义13-14
• 1.1.1 研究背景13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 制造物联网数据感知研究现状14-16
• 1.2.2 区域节点部署研究现状16-17
• 1.2.3 拓扑控制策略现状研究17-18
• 1.3 课题来源及本文主要研究内容18
• 1.3.1 课题来源18
• 1.3.2 主要研究内容18
• 1.4 论文组织结构18-20
• 第二章 制造物联网及相关技术概述20-31
• 2.1 制造物联网系统架构模型20-22
• 2.2 制造物联网中无线传感器网络适用性分析22-23
• 2.3 节点部署技术研究23-28
• 2.3.1 节点感知模型23-24
• 2.3.2 节点部署分类24-27
• 2.3.3 节点部署策略评价标准27-28
• 2.4 网络拓扑控制技术研究28-30
• 2.4.1 网络拓扑控制技术概述28-29
• 2.4.2 网络拓扑控制方法分类29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 基于鱼群与虚拟力混合优化的节点部署策略31-44
• 3.1 节点部署问题模型31-32
• 3.2 人工鱼群算法32-34
• 3.3 虚拟力算法34-39
• 3.3.1 虚拟力算法描述35
• 3.3.2 虚拟力的计算35-38
• 3.3.3 虚拟力算法流程38-39
• 3.4 鱼群与虚拟力混合优化节点部署算法39-42
• 3.4.1 算法原理39-40
• 3.4.2 算法实现40-41
• 3.4.3 算法流程41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 制造物联网分簇拓扑控制策略44-55
• 4.1 拓扑控制策略概述44-45
• 4.2 LEACH算法45-47
• 4.2.1 LEACH算法工作流程45-46
• 4.2.2 LEACH协议在制造物联网中的局限性46-47
• 4.3 模型的建立与分析47-48
• 4.3.1 网络模型47-48
• 4.3.2 通信能耗模型48
• 4.4 MHCTC-PSO算法48-54
• 4.4.1 簇的划分49-51
• 4.4.2 簇首的选举51-52
• 4.4.3 簇间的多跳路由通信52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 仿真实验与性能分析55-64
• 5.1 实验仿真环境55
• 5.2 基于鱼群与虚拟力混合优化的节点部署策略实验和分析55-59
• 5.2.1 仿真实验场景设置55-56
• 5.2.2 实验结果与分析56-59
• 5.3 制造物联网分簇拓扑控制策略实验和分析59-63
• 5.3.1 仿真实验场景设置59-60
• 5.3.2 实验结果与分析60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 总结与展望64-66
• 总结64
• 展望64-66
• 参考文献66-70
• 攻读学位期间发表的学术论文70-71
• 攻读学位期间参加的科研项目71-73
• 致谢73

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本文编号：701125