面向城市感知的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗技術(shù)研究.pdf

1、“城市病”問(wèn)題是城市發(fā)展步伐加快所帶來(lái)的后果，人口膨脹、資源短缺、安全隱患、環(huán)境污染、交通堵塞等均為其具體表現(xiàn)。智慧城市的出現(xiàn)為“城市病”問(wèn)題提供了可行的智能解決方案，給人類(lèi)的衣食住行帶來(lái)了創(chuàng)造性變革。城市感知網(wǎng)絡(luò)為智慧城市的建設(shè)提供了一系列城市基礎(chǔ)設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，據(jù)此可以服務(wù)于城市各行各業(yè)，造福城市居民。大力建設(shè)智慧城市已成為目前國(guó)內(nèi)外城市的主要發(fā)展趨勢(shì)。
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor network，

2、WSN）應(yīng)用于城市感知網(wǎng)絡(luò)，配合各種傳感器，以數(shù)據(jù)為中心，服務(wù)為宗旨，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的智能化監(jiān)控和管理。搭建感知網(wǎng)絡(luò)框架，結(jié)合WSN中亟待解決的低功耗問(wèn)題，本文提出從單節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)層中繼節(jié)點(diǎn)部署兩個(gè)方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗進(jìn)行研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）提出了一種面向城市感知的傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)方案。針對(duì)城市感知網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)硬件需求、架構(gòu)進(jìn)行了分析，以低功耗為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，確定了傳感器節(jié)點(diǎn)的主控芯片、射頻芯

3、片等型號(hào)，并對(duì)相關(guān)外圍電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的搭建。
　?。?）提出了一種改進(jìn)的差分進(jìn)化算法。該算法彌補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法的不足——易陷入局部最優(yōu)和出現(xiàn)早熟收斂現(xiàn)象。根據(jù)算法特性，本文提出了兩種改進(jìn)思路：一種是自適應(yīng)參數(shù)控制，另一種是多差分策略選擇。根據(jù)這兩種思路分別闡述了其改進(jìn)原理，并選取了五組不同特性的測(cè)試函數(shù)，通過(guò)MATLAB編寫(xiě)仿真程序?qū)υ摲椒ㄟM(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明算法能較快完成收斂，不易陷入局部最優(yōu)解，且在

4、一定程度上避免了早熟現(xiàn)象的出現(xiàn)。
　　（3）提出了一種面向城市感知的網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)引入中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能耗。本文采用迪杰斯特拉算法以尋找能量最優(yōu)路由路徑，并利用改進(jìn)差分進(jìn)化算法最小化網(wǎng)絡(luò)平均能耗，從而獲取中繼節(jié)點(diǎn)部署信息。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析了改進(jìn)差分進(jìn)化算法的有效性以及能耗優(yōu)化所取得的效果。
　　（4）完成了城市建筑周?chē)紫仦?zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試。結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的性能、功耗進(jìn)行了測(cè)試，得出了節(jié)點(diǎn)硬件的低