基于无线传感器网络的节点覆盖和路由优化算法及应用研究

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无线传感器网络作为全球未来的三大高科技产业之一,也是现今研究关注的焦点之一。无线传感器网络技术对环境特别是交通方面进行的监测,一直是无线传感器网络一项热点研究课题。围绕这一课题产生的实际应用都蕴涵着巨大的社会效益。本文对无线传感器网络节点的结构,无线传感器网络的体系结构及特点进行介绍。同时指出,无线传感器网络之所以适于交通控制是因为其本身的特点决定的,本文正是通过对无线传感器网络的介绍指出了文中研究改进的两个方面——节点覆盖算法的改进以及树形路由算法的改进,进而将改进的内容应用到交通控制系统模型中,最后通过OMNET++仿真软件证明了优化算法在应用中的改进。首先,本文主要研究了节点覆盖方法的改进。主要通过对节点的有效覆盖面积SECA和有效覆盖率RECA的推导,目的是能尽量用最少的节点达到最大的覆盖区域,或者说在一定的测量区域内,尽量减少节点的冗余覆盖区,以此达到使用尽量少的节点数来降低成本。同时指出,联系到实际应用,在实现完全无缝覆盖基础上,对于观测点密集地区,数据传递量大消耗能量快,为延长网络的使用寿命,应适当增加节点密度。其次,本文在zigbee协议树形算法的改进方面,主要是通过系统分析现有zigbee协议树形算法特性、适用场景、对节点的要求以及算法的效果,尤其是在其优点和不足的基础上,提出了一种新的zigbee协议树形算法。新算法包括树形算法原有的计算下一跳节点及下一跳节点地址的方法。同时其创新点在于:首先,在新算法中提出加入了邻居表。使得节点在寻找下一跳节点时考虑到测量半径内的其它节点,以选择到达目标节点使用跳数少的路径,从而减少能量消耗,特别是接近根部的关键节点的能量消耗。其次,在节点上设定了能量最低阀值。这样可以及时寻找新的路径,避免重复使用一条路径或节点,过早耗光能量造成网络瘫痪。然后,再将以上对无线传感器网络的研究改进方面应用到实际。本文的实际应用基本能响应智能交通的主要功能,并进一步以交通中研究的热点问题——车辆在城市道路网中的路径优化和调整为例对其功能的实现进行了详述。在实际应用中,也并不是直接应用,需与实际情况相结合。通过建立一种道路控制模型,将研究的节点覆盖问题和zigbee协议树形路由算法的改进应用到其中,并结合实际对整个模型进行了实际应用改进。在应用节点覆盖优化算法时,应根据节点作用的不同,分别进行节点覆盖。在进行路由算法改进应用时,也应根据实际进行条件设定,同时还需考虑到路由花费等实际成本问题。最后,利用OMNET++仿真软件对该模型改进进行了仿真证明。首先,介绍了OMNET++适用于本文研究的优势。其次,将本文对树形算法体系结构的仿真进行了简述。最后,通过改进的算法仿真结果证明了在本文研究中能有效减少网络的能量消耗,延长网络的生命周期。
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