發(fā)布時間：2020-07-09 10:49

【摘要】：隨著我國能源結構不斷優(yōu)化,天然氣等清潔能源使用比例上升,因此對燃氣表的智能化程度需求不斷提高�；�于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、智能控制等技術的無線燃氣抄表應用,給燃氣公司提供了先進的管理模式,提高了抄表效率,減少了運行成本,并為消費者帶來更好的用戶體驗。由于燃氣行業(yè)的防爆要求,燃氣表通常采用電池供電,因此如何有效降低燃氣表使用能耗已成為無線燃氣抄表系統(tǒng)研究的熱點之一。本文基于節(jié)能型路由方法,綜述了目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及相關技術,同時針對能耗敏感、節(jié)點同構和節(jié)點重要性一致等無線燃氣抄表系統(tǒng)特性,對無線抄表網(wǎng)絡的節(jié)能性和負載均衡進行了優(yōu)化,從而提升在惡劣環(huán)境下單次通信成功率并降低無線抄表過程的能耗。本文的主要工作如下:1.提出了基于優(yōu)化網(wǎng)絡路由改善無線抄表網(wǎng)絡能耗的思路。介紹了無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議架構,分析了分簇路由協(xié)議的執(zhí)行過程,研究了幾種典型的分簇路由協(xié)議,并根據(jù)網(wǎng)絡屬性對這些路由協(xié)議進行了比較。2.分析了分簇網(wǎng)絡中簇數(shù)目與網(wǎng)絡能耗之間的關系,確定無線燃氣抄表系統(tǒng)的無線通信模型,并根據(jù)無線燃氣抄表網(wǎng)絡的特性,分析網(wǎng)絡的能耗組成,確定了簇頭數(shù)目與其他網(wǎng)絡參數(shù)的相關性。3.針對現(xiàn)有分簇協(xié)議存在的問題,提出了一種多參數(shù)加權節(jié)能型路由算法LEACH-ES。分析對網(wǎng)絡能耗產(chǎn)生影響的分簇影響因子,建立了相應的簇頭選舉函數(shù)。通過分析FND、HND和網(wǎng)絡剩余能量,確定了最優(yōu)權重系數(shù)。4.最后,對提出的節(jié)能型路由算法LEACH-ES進行了仿真和組網(wǎng)測試驗證。通過對比分析網(wǎng)絡生命周期和網(wǎng)絡有效期數(shù)據(jù)包傳輸量,結果表明LEACH-ES協(xié)議相較LEACH和EACHP在一定程度延長了網(wǎng)絡生命周期,提高了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸量;通過對LEACH-ES協(xié)議進行實際組網(wǎng)測試,結果表明應用LEACH-ES協(xié)議的無線抄表網(wǎng)絡節(jié)能性提高了8%。
【學位授予單位】：重慶郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU996.7
【圖文】：

圖 3.5 網(wǎng)絡剩余能量分布從圖 3.5 可以看到，當鄰節(jié)點通信半徑為 50m 時，網(wǎng)絡的總剩余能量最不能就此認為當鄰節(jié)點通信半徑為 50m 時是網(wǎng)絡最優(yōu)鄰節(jié)點通信半徑。點通信半徑為 50m 時的分簇拓撲圖，如圖 3.6。

當鄰節(jié)點通信半徑為 16m 至 24m 之間時，網(wǎng)絡剩余能量分布值較高，在取值范圍內(nèi)呈現(xiàn)較好的區(qū)間較優(yōu)值。圖 3.7 為鄰節(jié)點通信半徑 R 為 24m 時網(wǎng)絡的分簇拓撲圖，此時網(wǎng)絡的簇頭數(shù)目為 10。多輪分簇過程中，R 為 24m 時的簇頭數(shù)目在 10 至 13 個范圍內(nèi)波動。同時網(wǎng)絡中出現(xiàn)較少孤簇頭或某個節(jié)點能量消耗異常情況，網(wǎng)絡整體剩余能量較優(yōu)。圖 3.7 鄰節(jié)點通信半徑為 24m 的分簇拓撲圖圖 3.8 是 R 為 16m 的分簇拓撲圖，此時網(wǎng)絡分簇數(shù)目為 21。不過在多輪分簇過程中，R 為 16m 時的網(wǎng)絡分簇數(shù)目會在 17 個至 24 個區(qū)間波動。

圖 3.8 鄰節(jié)點通信半徑為 16m 的分簇拓撲圖以上仿真實驗，驗證了之前的公式猜測，鄰節(jié)點通信半徑在一絡的分簇結構和網(wǎng)絡能耗。同時還發(fā)現(xiàn)在鄰節(jié)點通信半徑 R 為耗和分簇結構都有較好的表現(xiàn)，而且分簇數(shù)目沒有較大波動。為網(wǎng)絡能耗最優(yōu)的鄰節(jié)點通信半徑，此時網(wǎng)絡最優(yōu)簇頭數(shù)目區(qū)

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