基于能耗優(yōu)化的WSNs節(jié)點(diǎn)部署及路由算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs）隨著無線通信技術(shù)、傳感器與微機(jī)電技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生，因其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)低功耗、體積小、工作壽命長、節(jié)點(diǎn)數(shù)目多、無線通信可靈活便捷部署等優(yōu)勢，在國防軍事、地下采礦、精細(xì)農(nóng)業(yè)、國家電網(wǎng)、地面交通、結(jié)構(gòu)安全、管道監(jiān)測、搶險(xiǎn)救災(zāi)、智能家居以及醫(yī)療保健等眾多領(lǐng)域引起高度關(guān)注。雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，但仍然有像網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量受限、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多數(shù)據(jù)冗余、高可靠

2、傳輸以及精確監(jiān)測控制等挑戰(zhàn)需要解決。作為多學(xué)科交叉形成的新興前沿研究領(lǐng)域，更多學(xué)科的研究人員為克服這些難題不斷探索著。
　　本文結(jié)合教育廳科學(xué)基金項(xiàng)目的部分研究內(nèi)容，主要圍繞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗的降低和均衡主線，分別對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在障礙物環(huán)境的部署和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行了理論研究。同時(shí)結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)勢，對(duì)其在深層礦井熱害監(jiān)測進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。本論文的主要工作包括：
　?。?）簡要介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)

3、狀、有關(guān)的能耗方面的研究方法以及應(yīng)用等基本理論知識(shí)為后續(xù)研究做準(zhǔn)備。
　?。?）能量限制是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中一個(gè)關(guān)鍵問題。針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在有障礙物的二維地理環(huán)境中的靜態(tài)位置優(yōu)化問題，提出了一種通過無線信道能耗衰減模型利用Dijkstra算法和蟻群算法相結(jié)合的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)靜態(tài)優(yōu)化部署策略。通過該策略，對(duì)兩種不同的地理環(huán)境進(jìn)行節(jié)點(diǎn)部署的仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，該策略能更好地優(yōu)化無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在復(fù)雜二維地理環(huán)境中的靜態(tài)部

4、署，并可有效地節(jié)約網(wǎng)絡(luò)的能耗，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。
　　（3）路由技術(shù)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗和壽命影響明顯。在分析多種路由技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)中所存在的技術(shù)難題。為了解決好無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)在自由隨機(jī)部署的情況下節(jié)點(diǎn)能耗均衡問題，分析了經(jīng)典的LEACH協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)。然后提出了能量異構(gòu)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署環(huán)境下的簇頭選舉算法。通過仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)比所提出的簇頭選舉算法和 LEACH協(xié)議選舉算

5、法表明，該選舉算法可以有效整體延緩節(jié)點(diǎn)死亡趨勢，提高數(shù)據(jù)傳輸量。
　?。?）針對(duì)金屬礦井深層開采中的熱害監(jiān)測問題和現(xiàn)有有線監(jiān)測系統(tǒng)存在的布線復(fù)雜、監(jiān)測設(shè)備安裝和維護(hù)成本高等缺點(diǎn)，基于ZigBee和WiFi兩大通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)熱害環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以 CC2530 F256芯片為核心硬件，使用 Altium Designer軟件對(duì)各類節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，使用Eclipse軟件對(duì)手持監(jiān)測終端軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證