面向城市感知的無線傳感器網絡低功耗技術研究.pdf

1、“城市病”問題是城市發(fā)展步伐加快所帶來的后果，人口膨脹、資源短缺、安全隱患、環(huán)境污染、交通堵塞等均為其具體表現。智慧城市的出現為“城市病”問題提供了可行的智能解決方案，給人類的衣食住行帶來了創(chuàng)造性變革。城市感知網絡為智慧城市的建設提供了一系列城市基礎設施的實時監(jiān)測數據，據此可以服務于城市各行各業(yè)，造福城市居民。大力建設智慧城市已成為目前國內外城市的主要發(fā)展趨勢。
　　無線傳感器網絡（Wireless Sensor network，

2、WSN）應用于城市感知網絡，配合各種傳感器，以數據為中心，服務為宗旨，實現對城市基礎設施的智能化監(jiān)控和管理。搭建感知網絡框架，結合WSN中亟待解決的低功耗問題，本文提出從單節(jié)點硬件設計和網絡層中繼節(jié)點部署兩個方面對網絡能耗進行研究。本文的主要研究內容如下：
　?。?）提出了一種面向城市感知的傳感器節(jié)點硬件設計方案。針對城市感知網絡的特點對傳感器節(jié)點硬件需求、架構進行了分析，以低功耗為主要設計目標，確定了傳感器節(jié)點的主控芯片、射頻芯

3、片等型號，并對相關外圍電路進行了分析和設計，最終實現硬件系統(tǒng)的搭建。
　　（2）提出了一種改進的差分進化算法。該算法彌補了標準差分進化算法的不足——易陷入局部最優(yōu)和出現早熟收斂現象。根據算法特性，本文提出了兩種改進思路：一種是自適應參數控制，另一種是多差分策略選擇。根據這兩種思路分別闡述了其改進原理，并選取了五組不同特性的測試函數，通過MATLAB編寫仿真程序對該方法進行了驗證。結果表明算法能較快完成收斂，不易陷入局部最優(yōu)解，且在

4、一定程度上避免了早熟現象的出現。
　　（3）提出了一種面向城市感知的網絡模型，通過引入中繼節(jié)點來控制整個網絡能耗。本文采用迪杰斯特拉算法以尋找能量最優(yōu)路由路徑，并利用改進差分進化算法最小化網絡平均能耗，從而獲取中繼節(jié)點部署信息。通過仿真實驗結果，分析了改進差分進化算法的有效性以及能耗優(yōu)化所取得的效果。
　?。?）完成了城市建筑周圍白蟻災害監(jiān)測系統(tǒng)的測試。結合實際工程項目，對傳感器節(jié)點的性能、功耗進行了測試，得出了節(jié)點硬件的低