制造物联网能量受限的实时传输算法研究

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制造物联网的网络特征包括网络覆盖制造业全流程,有线、无线网络并存,各类传感、驱动、执行节点并存,感知节点随机部署、对象动态移动等特征,导致端到端延迟难以预测、网络实时状态难以认知,造成了制造物联网中数据实时传输问题。本文针对制造物联网能量受限的感知节点形成的网络中数据实时传输问题进行研究,这里的实时传输是指根据簇头到基站的多条路径上的拥塞状况,选择拥塞状况最佳、实时性最好的路径进行数据传输。要实现数据的实时传输,一方面,需要建立稳定的网络拓扑,由于感知节点能量受限,在网络中节点能耗过大而失效,会导致网络拓扑结构发生变化,造成数据无法传输的现象;另一方面,在稳定的网络拓扑前提下,簇头与基站之间存在多条路径,如果选择拥塞状况较严重的路径也会影响数据传输的实时性。要实现制造物联网中数据实时传输问题关键是解决如何在感知节点受限的情况下保持网络拓扑的稳定和如何保证数据传输过程中的实时性。针对上述问题,本文主要的研究工作有:(1)通过分析制造物联网的现状和现有的研究成果,结合现有的组网技术,提出了制造物联网网络架构;并从路由协议方面分析了分簇路由和多路径路由的研究成果,为后文的研究做准备。(2)针对制造物联网中感知节点能量受限,工作过程中由于节点能耗不均导致网络拓扑发生变化的问题,通过研究现有经典分簇LEACH算法、通信能耗模型和最优跳数模型,为了降低网络中通信损耗,维持网络拓扑的稳定,提出了一种基于能耗均衡的多跳分簇路由算法(EBMCR) o(3)在网络稳定的前提下,针对簇头与基站通信路径上因拥塞现象导致数据传输延时问题,通过研究蚁群算法搜寻多条路径,并结合拥塞控制策略,为了实现拥塞状态下的实时传输,提出了一种基于蚁群算法的多路径实时传输算法(RTM-ACO).最后,对本文提出的EBMCR算法和RTM-ACO算法进行理论仿真,仿真结果表明:提出的算法是可行的,并能得到较理想的实验结果。这些研究可以为制造物联网中数据的实时传输提供依据,对于实际应用具有一定的指导意义。
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