面向机场环境监测的WSN组网技术的研究
本文关键词：面向机场环境监测的WSN组网技术的研究
更多相关文章： 无线传感器网络 机场环境监测 一体化组网 MP-NGC算法 负载均衡
【摘要】：机场环境监测存在以目视监测管理为主,监测对象单一独立等问题,缺少一种各个指标综合监测的、多方位一体化的组网方式。本文基于WSN技术背景,结合机场环境考虑布局的限制条件,兼顾执行效率、节点数目、能耗及负载均衡等方面进行机场环境监测网络的组网。将机场噪声监测、围界入侵警报和温湿度监测多种监测方向整合到一起时,针对节点浪费和各路径使用不均衡等问题,提出了可以实现监测网络组网布局的MP-NGC算法。从网络节点最优布局、通信路径合理分配和负载均衡三大角度来分析如何在延长网络整体工作寿命的同时,确保可以完成实时可靠的数据传输。主要内容如下:1.根据机场噪声监测、围界入侵警报和温湿度这三种不同监测对象的数据特点和布设需求,建立机场布局模型以供监测节点初步布设。在完成监测节点初步布设后,利用NGC算法进行中继节点布设和组网布局的仿真实验。2.针对NGC算法仿真中节点浪费和路径使用不均衡等问题对算法进行改进,设计了基于MP-NGC算法的一体化组网方式。这种方式以最近贪婪准则为启发式条件,采用轮换传输的多路径数据传输方式,每次发送数据之前判断选定k条路径中优先级最高的一条作为本次的工作路径。工作过程主要包括建立通信路由表、确定路径数目和利用MP-NGC算法进行节点布局三大部分。3.为了进一步延长监测网络寿命,对算法从实现负载均衡的角度进行了优化,通过仿真实验确定了最优均衡因子。完成全部优化工作后,从节点数目、能耗、剩余能量与时间的关系等多个角度对算法进行性能评价与对比。理论分析和仿真实验结果表明,所提出的基于MP-NGC算法的组网方式能实现针对机场监测对象特点的网络构建,在耗费更少节点的同时降低网络传输的总能耗,减少网络的构建成本。同时,通信路径的均衡使用和负载均衡的实现可以显著延长监测网络的有效工作周期。
【关键词】：无线传感器网络 机场环境监测 一体化组网 MP-NGC算法 负载均衡
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V35;TN929.5;TP212.9
【目录】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-9
- 第1章 绪论9-15
- 1.1 课题背景及研究目的和意义9-11
- 1.2 国内外研究现状及分析11-13
- 1.2.1 国外研究现状11-12
- 1.2.2 国内研究现状12
- 1.2.3 国内外文献综述的简析12-13
- 1.3 主要研究内容13-15
- 第2章 监测网络组网算法相关研究15-23
- 2.1 WSN理论知识15-19
- 2.1.1 WSN系统结构15
- 2.1.2 WSN的特点及应用15-17
- 2.1.3 监测节点功能结构17
- 2.1.4 通信能耗模型17-19
- 2.2 机场监测组网的常用算法19-22
- 2.2.1 DD算法19-20
- 2.2.2 PEGASIS算法20-21
- 2.2.3 遗传算法21
- 2.2.4 greedy算法21-22
- 2.3 本章小结22-23
- 第3章 一体化组网布局23-43
- 3.1 监测网络布局的初步构建23-26
- 3.1.1 监测数据特点分析23-24
- 3.1.2 机场布局建模24
- 3.1.3 输入参数的选取24-26
- 3.2 基于NGC算法的组网26-37
- 3.2.1 节点布局的限制条件26-29
- 3.2.2 监测区域网格划分29-31
- 3.2.3 NGC算法的设计31-32
- 3.2.4 NGC算法实验仿真32-36
- 3.2.5 算法的改进36-37
- 3.3 基于MP-NGC算法的一体化组网37-42
- 3.3.1 通信路由表的建立38-39
- 3.3.2 路径数目的确定39
- 3.3.3 基于MP-NGC算法的节点布局39-41
- 3.3.4 MP-NGC算法实验仿真41-42
- 3.4 本章小结42-43
- 第4章 算法优化与性能评价43-51
- 4.1 算法的负载均衡优化43-45
- 4.1.1 基于通信容量的负载均衡43
- 4.1.2 方法描述与仿真实验43-45
- 4.2 改进后算法的评价分析45-50
- 4.2.1 节点数目成本45-46
- 4.2.2 通信能耗的对比46-47
- 4.2.3 网络总能耗评价指标47-48
- 4.2.4 剩余能量的对比48-49
- 4.2.5 能耗均衡率49-50
- 4.3 本章小结50-51
- 结论51-53
- 参考文献53-58
- 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-60
- 致谢60
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