面向基础设施健康监测的WSN路由设计与实现

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随着经济的快速发展,我国大规模基础设施的建设方兴未艾,许多举世瞩目的重大基础设施在我国建成或正在修建。运用结构健康监测技术对基础设施结构性能参数进行实时监测,及时发现结构损伤并定位和确定损伤的程度,或提供灾害预警,对基础设施安全评估和保护人民生命财产安全有着重要的意义。无线传感器网络因其部署简单、成本低廉等特点而成为健康监测系统信息采集处理和数据传输的研究热点。本文在充分研究基础设施健康监测的传感技术、智能控制技术、损伤识别和数据融合技术的基础上,对基础设施健康监测需求、无线传感器网络技术、路由算法、算法性能评估以及实验仿真等问题进行了系统的研究,主要研究内容如下:1.系统阐述了当前基础设施健康监测领域存在的问题和基础设施健康监测的研究和发展情况,研究了健康监测的关键技术,包括传感技术、智能控制技术、物联网技术、损伤识别技术、数据融合技术、无线传感器网络和组网技术等,明确了基础设施健康监测的需求。2.重点研究了无线传感器网络的路由算法,归纳分析了无线传感器网络现有的路由算法;基于基础设施健康监测对数据传输及时性和可靠性的考虑,对以数据为中心的定向扩散算法和带有QoS的有序分配路山算法等典型的路由算法进行了详细分析,并从性能角度作了比较分析,提出了算法性能评估指标,为新算法提出和仿真实验对比验证打下了基础。3.基于基础设施健康监测传感器网络大规模部署、多参数采集、监测数据流大、信息及时和可靠传输、传感节点静态布置等新特点,结合健康监测路由设计节能、远程传输以及扩展性等需求,提出了一种基于主干链路标识的路由算法(LIRA),该算法旨在减少或避免网络拥塞,减小端到端时延,均衡网络负载,以保证传感信息第一时间可靠地传输到远程监控中心。本文系统阐述了其思想、问题描述和定义,对算法进行了深入的理论分析,并介绍了其实现过程。最后,本文在NS-3仿真器上对LIRA算法进行了仿真实现,仿真实验结果表明,LIRA算法的平均端到端时延和数据包投递成功率均优于DD算法和SAR算法,并且能够满足健康监测的及时和可靠传输要求,验证了算法的有效性。
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