制造物联网基于负载均衡的实时可靠传输策略研究

发布时间：2017-09-05 22:34

  本文关键词：制造物联网基于负载均衡的实时可靠传输策略研究

  更多相关文章： 制造物联网 负载均衡 离散粒子群 实时可靠 多路径路由

【摘要】：作为一种面向制造全流程的大规模集成网络,制造物联网包含数据采集、传输、处理、控制与服务等过程,实现了复杂工业制造全流程的优化调度控制与动态信息服务。在数据实时传输层,制造物联网存在着网络结构高度异构、无线网络大尺度多跳、网络拓扑动态变化、传输数据类型繁多等特征,现有的网络传输策略很难满足大规模异构混杂网络内不同业务特定的QoS需求。针对制造物联网数据传输过程中存在的负载不均衡、实时性可靠性难以保障等问题,本文在分析制造物联网网络架构的基础上,结合当前国内外研究现状,根据制造业特殊环境特征和需求,对制造物联网基于负载均衡的实时可靠传输策略进行了深入研究,具体工作如下：(1)通过分析制造物联传输网络结构和特征,构建制造物联传输网网络架构,并分别介绍了两种常见的网络数据传输策略—分簇路由策略及多路径路由策略。(2)设计基于负载均衡和能量有效的动态自适应分簇策略。通过对制造物联网终端接入层进行分簇管理,屏蔽了终端层的异构性。分簇方式综合考虑负载均衡和能量有效两个因素,利用PPR离散粒子群算法搜索最佳分配方案,从而合理划分出各个无线Mesh路由器负责的簇范围。对于制造物联网中因数据流流量大小动态变化导致的负载不均衡和网络拥塞有很好的抑制作用,同时各类终端的动态泛在接入对负载均衡度影响较小,网络延展性强,利于大规模网络部署。(3)设计基于遗传算法的实时可靠多路径路由策略。针对离散制造物联网中动态大业务数据流传输的多维度QoS需求,提出一种制造物联网实时可靠的多路径路由策略MPCRA-GA。算法首先通过改进的DSR协议获得遗传操作的初始种群,多次遗传操作迭代操作后输出最优路径合集,源节点在构造的多路径中,按照基于路径代价的轮盘赌概率选择方式分配并发送数据,在保证时延、可靠性等QoS要求的同时也均衡了负载。遗传算法较好的全局搜索能力和非定向性,对于路径寻优有较突出的表现。最后对两种算法进行仿真实验,仿真结果符合算法预期：基于负载均衡和能量有效的动态自适应分簇策略屏蔽了底层终端的异构性,并且实现了较低的通信代价下各簇负载的均衡；基于遗传算法的实时可靠多路径路由策略提高了数据传输的实时性和可靠性,并均衡了多条传输路径的通信负载。
【关键词】：制造物联网 负载均衡 离散粒子群 实时可靠 多路径路由
【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4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题的研究背景及意义14-16
• 1.1.1 研究背景14-15
• 1.1.2 研究意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-21
• 1.2.1 制造物联网体系结构及传输可靠性相关研究16-19
• 1.2.2 基于能耗负载均衡路由策略相关研究19-20
• 1.2.3 多路径实时路由相关研究20-21
• 1.3 课题来源及本文研究内容21
• 1.3.1 课题来源21
• 1.3.2 研究内容21
• 1.4 论文结构21-23
• 第二章 制造物联传输网网络架构及路由技术概述23-32
• 2.1 制造物联传输网网络结构23-27
• 2.1.1 无线Mesh网络传输结构23-25
• 2.1.2 制造物联传输网网络结构25-27
• 2.2 路由技术概述27-31
• 2.2.1 分簇路由策略27-28
• 2.2.2 多路径路由策略28-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 基于负载均衡和能量有效的动态自适应分簇策略32-44
• 3.1 问题的提出32
• 3.2 LEACH路由算法32-34
• 3.2.1 LEACH算法工作流程32-34
• 3.2.2 LEACH协议在制造物联网环境中的局限性34
• 3.3 模型的建立与分析34-36
• 3.3.1 网络模型34-35
• 3.3.2 通信能耗模型35-36
• 3.4 基于PPR离散粒子群的动态自适应分簇算法36-42
• 3.4.1 数学规划模型及适应度函数的确定37-40
• 3.4.2 DAC-DPSO算法流程40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 基于遗传算法的实时可靠多路径路由策略44-58
• 4.1 遗传算法介绍44-45
• 4.1.1 遗传算法概述44
• 4.1.2 遗传算法的步骤44-45
• 4.2 基本概念和现有方法45-50
• 4.2.1 节点不相交多路径路由可靠性判定45-47
• 4.2.2 最佳路径个数47
• 4.2.3 DSR协议介绍47-49
• 4.2.4 传统的路由判据介绍49-50
• 4.3 网络模型及QoS目标函数模型50-52
• 4.3.1 网络模型50-51
• 4.3.2 QoS口标函数模型51-52
• 4.4 MPCRA-GA路由算法52-54
• 4.4.1 路由发现52-53
• 4.4.2 路由维护53
• 4.4.3 节点不相关多路径选择方法53-54
• 4.5 遗传算法54-57
• 4.5.1 初始种群的确定及编码54
• 4.5.2 适应度函数54-55
• 4.5.3 遗传操作55-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第五章 仿真实验与结果分析58-66
• 5.1 实验方案58
• 5.2 实验环境58
• 5.3 基于负载均衡和能量有效的动态自适应分簇算法仿真58-61
• 5.3.1 仿真参数58-60
• 5.3.2 仿真结果分析60-61
• 5.4 基于遗传算法的实时可靠多路径路由算法仿真61-65
• 5.4.1 仿真参数61-62
• 5.4.2 仿真结果分析62-65
• 5.5 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间发表的学术论文73-74
• 攻读学位期间参加的科研项目74-76
• 致谢76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 秦茜;;物联网骤成产业巨浪 各方大肆追捧恐为时尚早[J];IT时代周刊;2009年Z2期

2 石菲;;物联网还有多远[J];中国计算机用户;2009年Z2期

3 马继华;韩文哲;;物联网的未来会变成“空中楼阁”吗?[J];信息网络;2009年10期

4 ;物联网系列报道之一 理性物联网[J];通信世界;2009年40期

5 李鹏;;物联网发展 标准与应用先行[J];通信世界;2009年40期

6 李鹏;赵经纬;;北邮谢东亮 物联网需两颗红心一种准备[J];通信世界;2009年40期

7 周双阳;;寻找物联网的制高点[J];通信世界;2009年41期

8 张鹏;;物联网,十年涅i，

本文编号：800601