制造物联网数据优先级分簇路由策略研究

摘要

制造物联网可以突破现有制造业在数据感知、传输、控制和人机交互之间协同能力差的问题，是推进制造业生产过程智能化的关键技术。无线传感器网络是制造物联网的广泛使用的传输技术，其具有成本低、部署灵活、快速组网等优点，同时也存在能量和计算能力受限等问题，并且制造环境存在多障碍、金属介质、强电磁等干扰因素，对制造物联网能量均衡高效和数据实时传输带来巨大的挑战。
　　为了使网络能量均衡高效，提高数据传输的实时性，国内外很多研究学者提出了很多解决方案。大部分方案都是采用层次路由协议，并且假定节点之间通信质量比较稳定，根据簇头节点距离汇聚节点的距离建立大小不均匀的分簇来保证网络能量平衡高效。但是由于制造环境多障碍物、强电磁干扰和很多移动的生产设备都会对信道质量产生很大的影响，使网络拓扑动态变化，不能很好的保持网络能量平衡高效。本文首先针对制造业车间复杂的通信环境容易导致簇头不能均匀覆盖网络区域，造成能量消耗过大和网络能量不平衡的问题，提出制造物联网能量均衡聚类分簇算法，采用聚类的思想，每次选择剩余能量高于簇内平均能量，并且簇内通信能量消耗最小的节点作为簇头，从而使簇头在网络中均匀分布，降低簇内整体能量消耗，达到网络能量平衡的目的。接着，针对降低网络能量消耗和提高数据传输实时性之间存在矛盾的问题，提出一种数据优先级的分簇路由策略。在网络中建立能量优先和速度优先两种路由，同时将传输的数据分成两种不同的优先级，高优先级数据选择速度优先路由算法，低优先级数据选择能量优先路由算法，从而达到在减少网络能量消耗的同时，保证高优先级数据实时传输。
　　仿真实验表明，本文算法相对于LEACH-EE算法，发生节点死亡时间向后延长25％，簇头节点的覆盖面积提升15%，覆盖率接近100%；网络节点能量方差也好于对比的其他算法；在传输高优先级数据时，传输延时可以达到TADR算法一致的性能结果。综合对比，本文提出的制造物联网数据优先级的分簇路由策略可以在保证降低网络能量消耗的同时，兼顾网络传输的实时性，减小高优先级别数据传输的延时。

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2课题来源

1.3国内外研究现状

1.4论文的研究内容和目录结构

第二章 制造物联网总体技术架构和路由技术概述

2.1制造物联网技术应用需求

2.2 制造物联网技术概述

2.3路由协议概述

2.4路由算法的性能评价

2.5本章小结

第三章 制造物联网能量均衡聚类分簇算法

3.1问题描述

3.2算法的提出

3.3模型分析

3.4算法描述

3.5仿真实验及分析

3.6本章小结

第四章 制造物联网数据优先级分簇路由策略

4.1问题描述

4.2模型分析

4.3算法描述

4.4仿真实验及分析

4.5本章小结

第五章 仿真实验与性能分析

5.1实验方案

5.2实验环境

5.3实验场景和参数

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

攻读学位期间参加的科研项目

声明

致谢