基于多Sink节点的异构WSN构建及在矿井环境中的应用基础研究

发布时间：2020-09-17 11:06

　　 针对矿井环境下单sink结构传感器网络的缺陷,本文主要对井下多sink结构的传感器网络进行了研究,主要涉及到井下多sink节点的优化部署,多sink结构的网络路由技术。论文主要研究成果如下:(1)sink节点的位置部署对传感器网络性能有很大影响,改进了基本粒子群算法,得出一种自适应的粒子群聚类算法,可以优化多sink节点放置。基本粒子群算法中的惯性系数只能随着迭代次数增多而线性变少,不能及时反映粒子群的进化寻优水平和对最优值的靠近程度,实时搜索效果较差。说明了粒子迭代历程中粒子的进化和聚合特质,在惯性系数中引入进化因子以及聚合因子,增强了算法的自适应能力。为了防止粒子在迭代历程中位置重叠,增加了扰动算法,保证了粒子多样和不重叠,更有利于最优解的查找。描述了粒子的适应度函数以及算法迭代的历程,确定出n个传感器节点下指定数量的sink节点优化位置。(2)提出井下WSN多sink节点的非均匀分簇路由协议,包括确定sink节点通信范围和如何分簇两部分。在实际矿井环境中,sink节点有时候不能按事先优化或者指定的方式部署,研究了 sink节点在巷道中任意位置时相互之间的范围协商过程,相邻的两个sink节点分别根据自身的位置信息估算至区域内最远点的距离,经过协商后确定各自的覆盖半径,保证对监测区域的无缝覆盖。先给出了节点的簇头竞争半径表达式,分析了成簇的通信消息开销大小,最后提出了巷道非均匀分簇算法。(3)在井下环境应用混合通信方法,提出能量自适应且均衡的分布式数据收集方法。将监测区域划分为多个环形,外层节点通过内层转发节点以多跳或单跳方式传递数据至sink节点,或者发给距离sink节点更近的每个环形内的节点。通过分析确定了环形的宽度和节点通信半径的关系,规定了外层节点转发信息至sink节点的详细步骤,给出了转发节点定时器的表达式,并通过理论分析确定了定时器相关的参数以及传感器节点的密度需求。(4)提出带有容错的分布式能耗均衡的路由算法,在减少和平衡网路能耗前提下,提高路由的鲁棒性。确定了转发节点的价值函数,确定路由中最合适的转发节点。如果簇头节点在稳定阶段失效,原簇中成员节点按就近原则加入临近簇,这样避免了多次重新分簇的开销。定义了节点的后备转发节点集合,详细给出了路由过程中节点失效时通过后备转发节点集合继续路由的过程,提高路由的容错性。图[47]表[16]参[124]
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD76;TN929.5;TP212.9
【部分图文】：

005-2015期间全国煤炭百万吨死亡率

图１．２邋２００５？２０１５期间全国煤炭亿吨重特大事故死亡率逡逑

图１．３邋ＷＳＮ结构图逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2820644