面向智慧城市基础设施的无线传感器网络低功耗路由协议研究
发布时间：2020-12-27 17:37
作为物联网时代的一项重要技术,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)凭借大规模、自组织等特点,将人类社会与客观世界更紧密地联系在一起。然而受传感器节点电池能量的限制,如何提升节点的能量利用率,延长网络生命周期,实现高质量的信息通信变得尤为重要。本文从城市基础设施出发,围绕如何降低能耗与延长网络生命周期这一问题,提出了基于AGNES与簇首数目优化的路由协议和基于Qo S优化的多跳路由协议,实现地面建筑监测信息的低功耗传输;构建了基于DEEC协议改进的多跳路由协议,实现地下管廊监测信息的低功耗传输。主要工作如下:(1)系统地阐述了WSN及WSN路由协议的理论基础,包括WSN的概念、体系结构、网络特点和关键技术,同时概述了WSN路由协议的协议特点和设计要求,并对五种常见分层路由协议的特点做了详细的描述和对比。(2)提出了一种基于AGNES与簇首数目优化的节能分簇路由协议。首先,引入一种新网络模型,实现最优簇首数目的计算。其次对AGNES算法进行优化,避免了大小簇能耗差过大问题。仿真结果表明,该协议在同构和异构网络下均能有效减少网络能耗,延长网络生命周期。(3...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
灾区内WSN节点部署图
杭州电子科技大学硕士学位论文3有几米，因此在这类建筑中传感器节点的部署与传统WSN的有个重要的区别：传统WSN一般实行单汇聚节点工作的方案，但是管廊内部将使用多地段多汇聚节点分工协作的方案。在地下管廊WSN中，为提升网络的覆盖率及减少信息的冗余度，节点的放置形式一般是线性或半线性。在每个地段内，均有一个汇聚节点，该节点负责接收地段内所有簇首传输的数据。随后，各汇聚节点分别以单跳或多跳的传输形式将融合后的各地段数据信息发送到控制中心进行最终的任务决策，如图1.2所示。因此，为了最大程度地延长网络生命周期，人们需要设计应用于地下管廊的节能高效的WSN路由协议。图1.2地下管廊内WSN节点部署图作为21世纪新提出的一项技术，无线传感器网络的各个标准是近年来才开始被提出与制定的。随着传感器节点嵌入式技术[5]的发展，信息采集的多元化，以及移动通信技术[6]的日趋完善，在飞速发展的计算机时代，无线传感器网络在城市基础设施中的应用必将进一步完善。1.1.2研究意义作为国家重要建设项目，智慧城市建设涵盖了城市的方方面面，融合了城市管理、政府公共服务、市民生活等多个应用，可以大大提升政府管理和服务能力，满足人民群众的物质和文化生活需求。作为智慧城市高效运转的发动机，城市基础设施不同于传统的基础设施，它能协调好智慧城市各项功能，保证它们稳定地协同运作。此外，城市基础设施结合信息技术，通过对外界信息的感知，可以实现物质世界与信息世界的实时交互。智慧城市的快速发展，迫使人们不断加大城市基础设施建设力度，实施更加科学的基础设施管理。但传统设施管理技术缺乏有效的运营管理手段，会不可避免地产生一些安全防护方面的问题。这些问题可以归为网络信息安全和现实安全两大类：网络信息安全?
杭州电子科技大学硕士学位论文4现实安全指由于缺乏有效的运营管理手段，传统基础设施监测系统无法及时更新与反馈基础设施的状态信息，造成城市管理服务水平无法紧跟智慧城市发展的步伐，从而产生严重的“城市脖，比如：环境污染、交通拥挤、资源浪费等，如图1.3所示，严重时甚至会威胁人民群众的生命财产安全。(a)环境污染(b)交通拥挤(c)资源浪费图1.3“城市脖现象这些安全问题轻则影响人民群众的正常生活，重则严重损害整个城市的公共安全，干扰政府决策的实施。因此，建设科学安全的智慧城市基础设施安全防护体系迫在眉睫。智慧城市基础设施安全防护体系运用科学的手段对采集数据进行合理的处理与分析，能够清楚地了解城市运行状况，进行智能化的决策判断，是智慧城市建设策略的指导方针。智慧城市基础设施安全防护体系在加速提升运用于智慧城市的物联网、云计算等核心技术性能，降低系统安全风险的同时，还可以及时发现并处理智慧城市运转过程中不安全因素，将安全应急的关口前移，有助于智慧城市的稳定发展。作为城市发展中的新姿态，智慧城市提升空间的上限，主要取决于智慧城市基础设施安全防护体系的保障时长。在这条道路上，只有建立科学、完整、安全、可持续的基础设施安全防护体系，才能保障智慧城市建设顺利落地，书写更加美好的蓝图。对于现实安全中许多不确定因素，所构建的智慧城市基础设施安全防护体系主要指实时可靠的城市基础设施监测系统。凭借传感器节点的微型化优势，研究人员将无线传感器网络应用在了一些智能家居、大型地表建筑等地上基础设施和一些地下煤矿、地下钻井等地下基础设施中，实时监测基础设施状态。一旦发生危险，便于指挥中心及时作出决策，通知周围群众和工作人员及时撤离。燃油一般储藏在加油站的地下油罐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多传感器的浴室智能排气控制系统[J]. 高重阳,李梦晗,王麟博,郭新宇. 科技风. 2019(32)
[2]基于矿区安全性考量的M2M技术矿区环境监测平台设计[J]. 程红英. 科技风. 2019(31)
[3]土石坝横河向位移监测研究[J]. 尚伟. 智库时代. 2019(45)
[4]关于无线传感器网络在桥梁监测中的应用研究[J]. 张秀. 南方农机. 2019(19)
[5]城市综合管廊WSN中LEACH-HC协议的仿真研究[J]. 周志鑫,邵晨宁,周慧敏,杨鑫,叶文俊,李剑,赵治栋,惠国华. 传感技术学报. 2018(08)
[6]基于最优簇数和改进引力搜索的WSN路由算法[J]. 李新春,高佰胜. 计算机应用. 2017(12)
[7]无线传感器网络分簇算法综述[J]. 徐晶晶,张欣慧,许必宵,孙知信. 计算机科学. 2017(02)
[8]WSN中一种平衡节点能耗的分簇算法研究[J]. 杨彩霞,高丽,路畅. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2015(06)
[9]一种能量均衡的WSN多级分簇路由算法[J]. 刘文进,周天明,李新春. 计算机工程与应用. 2016(16)
[10]基于BP神经网络和蚁群的WSN分簇算法的研究[J]. 王改云,胡锦艳. 现代电子技术. 2015(17)
博士论文
[1]面向森林火灾监测的无线传感器网络技术的研究[D]. 张军国.北京林业大学 2010
硕士论文
[1]多级异构无线传感器网络高能效分簇路由算法[D]. 伍华林.江西理工大学 2017
[2]WSN中基于改进粒子群优化算法的分簇拓扑算法研究[D]. 张晓丹.郑州大学 2017
[3]基于SVM的分簇算法研究[D]. 朱红红.南京林业大学 2015
[4]基于无线传感器网络的路由协议研究[D]. 徐智福.杭州电子科技大学 2009
[5]无线传感器网络节能策略研究[D]. 王德胜.江南大学 2008
本文编号：2942185
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
灾区内WSN节点部署图
杭州电子科技大学硕士学位论文3有几米，因此在这类建筑中传感器节点的部署与传统WSN的有个重要的区别：传统WSN一般实行单汇聚节点工作的方案，但是管廊内部将使用多地段多汇聚节点分工协作的方案。在地下管廊WSN中，为提升网络的覆盖率及减少信息的冗余度，节点的放置形式一般是线性或半线性。在每个地段内，均有一个汇聚节点，该节点负责接收地段内所有簇首传输的数据。随后，各汇聚节点分别以单跳或多跳的传输形式将融合后的各地段数据信息发送到控制中心进行最终的任务决策，如图1.2所示。因此，为了最大程度地延长网络生命周期，人们需要设计应用于地下管廊的节能高效的WSN路由协议。图1.2地下管廊内WSN节点部署图作为21世纪新提出的一项技术，无线传感器网络的各个标准是近年来才开始被提出与制定的。随着传感器节点嵌入式技术[5]的发展，信息采集的多元化，以及移动通信技术[6]的日趋完善，在飞速发展的计算机时代，无线传感器网络在城市基础设施中的应用必将进一步完善。1.1.2研究意义作为国家重要建设项目，智慧城市建设涵盖了城市的方方面面，融合了城市管理、政府公共服务、市民生活等多个应用，可以大大提升政府管理和服务能力，满足人民群众的物质和文化生活需求。作为智慧城市高效运转的发动机，城市基础设施不同于传统的基础设施，它能协调好智慧城市各项功能，保证它们稳定地协同运作。此外，城市基础设施结合信息技术，通过对外界信息的感知，可以实现物质世界与信息世界的实时交互。智慧城市的快速发展，迫使人们不断加大城市基础设施建设力度，实施更加科学的基础设施管理。但传统设施管理技术缺乏有效的运营管理手段，会不可避免地产生一些安全防护方面的问题。这些问题可以归为网络信息安全和现实安全两大类：网络信息安全?
杭州电子科技大学硕士学位论文4现实安全指由于缺乏有效的运营管理手段，传统基础设施监测系统无法及时更新与反馈基础设施的状态信息，造成城市管理服务水平无法紧跟智慧城市发展的步伐，从而产生严重的“城市脖，比如：环境污染、交通拥挤、资源浪费等，如图1.3所示，严重时甚至会威胁人民群众的生命财产安全。(a)环境污染(b)交通拥挤(c)资源浪费图1.3“城市脖现象这些安全问题轻则影响人民群众的正常生活，重则严重损害整个城市的公共安全，干扰政府决策的实施。因此，建设科学安全的智慧城市基础设施安全防护体系迫在眉睫。智慧城市基础设施安全防护体系运用科学的手段对采集数据进行合理的处理与分析，能够清楚地了解城市运行状况，进行智能化的决策判断，是智慧城市建设策略的指导方针。智慧城市基础设施安全防护体系在加速提升运用于智慧城市的物联网、云计算等核心技术性能，降低系统安全风险的同时，还可以及时发现并处理智慧城市运转过程中不安全因素，将安全应急的关口前移，有助于智慧城市的稳定发展。作为城市发展中的新姿态，智慧城市提升空间的上限，主要取决于智慧城市基础设施安全防护体系的保障时长。在这条道路上，只有建立科学、完整、安全、可持续的基础设施安全防护体系，才能保障智慧城市建设顺利落地，书写更加美好的蓝图。对于现实安全中许多不确定因素，所构建的智慧城市基础设施安全防护体系主要指实时可靠的城市基础设施监测系统。凭借传感器节点的微型化优势，研究人员将无线传感器网络应用在了一些智能家居、大型地表建筑等地上基础设施和一些地下煤矿、地下钻井等地下基础设施中，实时监测基础设施状态。一旦发生危险，便于指挥中心及时作出决策，通知周围群众和工作人员及时撤离。燃油一般储藏在加油站的地下油罐
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多传感器的浴室智能排气控制系统[J]. 高重阳,李梦晗,王麟博,郭新宇. 科技风. 2019(32)
[2]基于矿区安全性考量的M2M技术矿区环境监测平台设计[J]. 程红英. 科技风. 2019(31)
[3]土石坝横河向位移监测研究[J]. 尚伟. 智库时代. 2019(45)
[4]关于无线传感器网络在桥梁监测中的应用研究[J]. 张秀. 南方农机. 2019(19)
[5]城市综合管廊WSN中LEACH-HC协议的仿真研究[J]. 周志鑫,邵晨宁,周慧敏,杨鑫,叶文俊,李剑,赵治栋,惠国华. 传感技术学报. 2018(08)
[6]基于最优簇数和改进引力搜索的WSN路由算法[J]. 李新春,高佰胜. 计算机应用. 2017(12)
[7]无线传感器网络分簇算法综述[J]. 徐晶晶,张欣慧,许必宵,孙知信. 计算机科学. 2017(02)
[8]WSN中一种平衡节点能耗的分簇算法研究[J]. 杨彩霞,高丽,路畅. 佳木斯大学学报(自然科学版). 2015(06)
[9]一种能量均衡的WSN多级分簇路由算法[J]. 刘文进,周天明,李新春. 计算机工程与应用. 2016(16)
[10]基于BP神经网络和蚁群的WSN分簇算法的研究[J]. 王改云,胡锦艳. 现代电子技术. 2015(17)
博士论文
[1]面向森林火灾监测的无线传感器网络技术的研究[D]. 张军国.北京林业大学 2010
硕士论文
[1]多级异构无线传感器网络高能效分簇路由算法[D]. 伍华林.江西理工大学 2017
[2]WSN中基于改进粒子群优化算法的分簇拓扑算法研究[D]. 张晓丹.郑州大学 2017
[3]基于SVM的分簇算法研究[D]. 朱红红.南京林业大学 2015
[4]基于无线传感器网络的路由协议研究[D]. 徐智福.杭州电子科技大学 2009
[5]无线传感器网络节能策略研究[D]. 王德胜.江南大学 2008
本文编号：2942185
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