论文摘要
将无线技术引入到工业控制领域是未来的发展趋势和方向。无线传感器网络作为炙手可热的一种无线技术,如何将其稳定可靠的应用在工业控制领域是新的研究热点问题。如何使能量有限的传感器节点在保证监测范围和通信可靠性的前提下能耗最低,成为目前研究的重要内容之一。首先,针对工业这一特定应用领域,从工业应用的角度来研究无线传感器网络的分簇算法,给出了一种结合工业应用场景的网络分簇算法。由于传感器节点通常都采用电池供电,能量有限,必须设计高能效的算法延长网络的生存时间。研究表明,传感器节点组织成簇的形式可以有效地减少网络的能量消耗,LEACH、SEP、DEEC等分簇算法相继提出,它们在能量效率、异构性、簇首分布均衡度等各方面加以改进,取得了很好的效果。在此基础上,针对工业应用背景给出了一种网络分簇算法。该算法的特点是:将传感器节点周围的工业噪声等工业现场环境因素作为一种影响权值,结合节点的剩余能量,来参选簇首。这在传感器节点相对比较固定的工业应用场合是切合实际的。其次,结合工业应用背景,研究了基于簇状网的节点休眠算法,提出了一种基于簇状异构工业无线传感器网络的节点休眠算法。由于无线传感器网络在部署时有一定的冗余性。研究表明,在不影响监测区域和可靠通信的前提下,选取部分冗余节点进入休眠状态可以提高网络的能量效率和延长网络生存期。现有簇状网采取的节点休眠算法主要有RS算法、LDS算法和基于AHP的节点休眠调度等。在分析和比较的基础上,结合工业应用场景,提出了一种基于簇状异构工业无线传感器网络的节点休眠算法。该算法的特点是:基于层级分析模型,影响节点休眠的因素有节点剩余能量、节点到簇首的距离和工业噪声等现场环境因素。随着网络的运行,部分因素的权值呈泊松过程变化,以考虑网络的能量均衡性。最后,通过Matlab仿真分析的结果表明,给出的工业无线传感器网络分簇算法和基于该分簇算法下的节点休眠算法都是可行的,对于网络生存期的延长和网络能量效率的提高都有显著的效果。