52監測網專家報告分享-第35期 結構振動監測無線傳感網絡能量均衡路由算法 謝美希、周廣東 河海大學
 52監測網專家報告分享-第35期 結構振動監測無線傳感網絡能量均衡路由算法 謝美希、周廣東 河海大學 目錄 一、引言 二、研究思路與方法 三、仿真實驗與分析 四、結論 一、引言 80年代中后期各種規模的橋梁健康監測系統開始建立！
英國在總長為552m的三跨變高度連續鋼箱梁Foyle橋上布設傳感器，是最早安裝的較為完整的監測系統之一。進行實時監測、實時分析、數據網絡共享。
我國自90年代起也在一些大型重要橋梁上建立不同規模的結構健康監測系統！ 1、健康監測系統 隨著人們對結構安全性的重視以及各種監測技術的發展，結構健康監測技術已經成為保障土木工程結構安全運營的重要手段 2、傳感網絡壽命 無線傳感節點一般采用電池供電，能量難以補充，節點能量消耗的快慢就成了影響無線傳感網絡壽命長短的決定性因素 3、無線傳感網絡 由于無線傳感器網絡具有不需布線、安裝方便、成本低、具有分布式數據處理能力等突出優點，近年來在結構振動監測領域得到了廣泛應用 4、網絡壽命優化 需均衡消耗無線網絡節點能量，避免某些節點能量消耗過快導致網絡死亡，從而延長無線傳感網絡壽命 二、研究思路與方法 無線傳感網絡特征 傳感節點一般根據結構測試的需要確定位置，布置完畢后就不再移動; 結構振動監測傳感器一般采用連續采集方式; 無線傳感網絡的規模一般較小，節點數量不超過100; 無線傳感網絡持續性 無線傳感網絡中節點有限的能量能夠得到充分利用，最大化網絡壽命，實現工程結構的長期、連續監測。
無線傳感網絡服務性 合理分配無線傳感網絡的可用數據傳輸帶寬，避免數據丟包和擁擠，保證工程結構的可靠、穩定監測。
算法實施步驟 初始化節點位置，并根據節點最大傳輸距離構建每個節點的鄰近節點矩陣 設置每個節點的初始能量，并將N-1只螢火蟲放置在N-1個節點 根據概率轉移公式計算每個節點上的螢火蟲飛向其鄰近節點的概率，構建概率轉移矩陣 采用輪盤賭法選擇數據傳輸節點，根據每只螢火蟲選擇移動節點的情況，更新概率轉移矩陣 形成每個節點到目的節點的M條有效路徑 對每個節點到目的節點的M條有效路徑用路由指標進行評價，并保留最佳傳輸路徑方案 關鍵點 1、編碼方式 采用整數編碼，并對有效位數不足的路徑，補0，保證每條路徑跳數一致，方便運算； 2、概率轉移公式 根據螢火蟲轉移情況，及時更新概率轉移矩陣，避免在一條數據傳輸路徑中，節點被重復選擇，導致無用轉發，從而影響網絡性能； 3、路由評價指標 綜合考慮無線傳感網絡連續性和服務性，保證數據有效，穩定的轉發和處理； 4、能量通知機制 在進行一定數量數據包傳輸后，啟用能量通知機制，從而產生新的數據傳輸方案，避免某些節點過量使用，導致能量消耗過快，網絡過早死亡； 三、仿真實驗與分析
最短路徑算法下網絡的能耗很不均勻，個別節點能量消耗很大，最大達到886mJ； 能量均衡算法的路徑方案總能耗小于最短路徑算法； 四、結論 在路徑最優情況下，無線傳感網絡最多可運行8輪；而在能量均衡最優情況下，無線傳感網絡可運行12輪，數據傳輸量增加50%。 與路徑最優情況進行對比，在能量均衡情況下，每個節點的能量消耗較均勻，這是因為數據進行傳遞時，總是選擇剩余能量多的節點，從而保證網絡中各節點能量的均勻消耗。 能量均衡算法的路徑方案總能耗小于最短路徑算法，這是因為在路徑評價指標中，也考慮到了節點能耗，空閑程度，路徑長度和跳數等因素，從而減少了每個節點的能量消耗。  結構振動監測無線傳感網絡能量均衡路由算法 謝美希、周廣東 河海大學  |
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