WSAN协作路由协议优化及在设施果蔬中应用研究

【摘要】原有的设施农业环境监控系统主要采用有线通信技术,这种系统存在稳定性差、可靠性低等缺点,因而很大程度上限制了其在设施农业领域中的推广应用。无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是近年来新兴的一种技术,具有成本低、可靠性高、灵活性好等优点,采用WSN技术可以实现设施农业应用的自动化、网络化和可控化。随着WSN技术的发展,对于客观世界的简单感知已经无法满足人们的需求,而如何高效快捷地对所获取的信息作出智能决策受到人们的关注。通过在WSN中引入若干执行器节点构成具有智能控制的无线传感器执行器网络(WirelessSensorandActorNetwork,WSAN),不仅能够对客观世界进行感知,还能够依据执行器节点做出快速响应,以解决网络中的突发事件。本课题正是看到WSAN网络的巨大应用价值,因而将其应用于设施果蔬领域,以实现果蔬栽培和管理的自动化、网络化和智能化,并对设施果蔬应用中存在的多类型节点之间的协作路由进行了深入地探讨和研究。针对WSAN技术应用于设施果蔬领域存在的不足提出了一种新型协作路由协议,该协议包含一个三层协作路由模型,主要用于解决多类型节点协作机制问题。协作机制问题包括传感器节点之间的协作,传感器节点与执行器节点之间的协作,以及执行器节点之间的协作。1.对于传感器节点之间的协作,借鉴已有的链路状态分簇算法(LSC)进行优化,提出了一种新的基于RSSI的动态分簇算法(BRCA),该算法对于网络中簇头的选举进行了优化,进一步降低了网络的整体能耗。BRCA算法将传感器节点与簇头节点形成了一种星型拓扑结构。2.对于传感器节点与执行器节点之间的协作,提出了一种基于事件驱动的角度转发路由协议(AFRP)。AFRP协议是在BRCA算法的基础上基于簇头节点与执行器节点的角度信息来选择下一跳簇头节点,以减小网络延迟和降低网络整体能耗,保证簇头节点尽快将事件报告给执行器节点。3.对于执行器节点之间的协作,研究了一种执行器节点重新部署算法(RDAA)和执行器节点之间任务分配问题,提出了一种基于密封第一价拍卖的实时任务分配算法(RTAA-SFPA),使得网络内的执行器节点达到最佳化的任务分配。RDAA算法主要用于对已经划分好执行范围的执行器节点进行重新部署,而RTAA-SFPA算法采用基于拍卖的合同网协议将发生的事件作为任务分配给效能值最小的执行器节点或者执行器节点的集合,以均衡网络能耗。最后,将仿真验证上述的设计方案,并比较和分析了仿真结果,仿真结果证明提出的协作路由协议可以满足设施果蔬应用的低能耗和实时性需求。
【作者】王兆敏；
【导师】徐焕良；
【作者基本信息】南京农业大学，计算机应用技术，2013，硕士
【关键词】无限传感器执行器网络；协作路由；动态分簇；角度转发；密封第一价拍卖；设施果蔬；

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