基于LEACH的无线传感器网络路由协议研究

论文摘要

以数据为中心的无线传感器网络只具有有限的计算能力、有限的存储能力、有限的无线通信能力和有限的电源供应能力。如何在这样有限的资源环境下获取尽可能多的、有效的感知对象的特征信息,并传输到用户节点进行处理,是目前的研究重点。因此,设计高能效的路由策略以延长网络的生命周期成为无线传感器网络中的关键问题。本文在分析了现有无线传感器网络路由协议的基础上,着重研究了LEACH协议。针对LEACH协议的簇首选择算法和数据传输过程中存在的问题,提出了以下两种改进算法:(1)针对LEACH协议簇首选择算法中存在簇首位置分布不均匀,致使簇首节点负载不均衡,以及簇首节点个数偏离最优值范围,导致全网能耗增多等情况,提出了基于节点区域中心分布的簇首选择算法。算法综合考虑了簇首节点在无线传感器网络中的均衡分布区域来优化簇首选择,同时设置了簇首节点阈值的限定机制。仿真实验表明,改进后的簇首选择算法很好的均衡了头节点负载,减少了网络能耗,有效延长了30%左右的网络生存时间。(2)针对LEACH协议数据传输过程中存在的数据传送时间机制问题,造成的簇间节点能耗差别较大,以及簇首向基站传输过程中由于距离差别,造成的簇首能耗差距较大等问题,提出了簇首多跳的分簇路由算法。算法调整了节点的数据传输时间,实现了簇首通过寻找最优路径将数据多跳传向基站。仿真实验表明,簇首多跳的路由算法一定程度上改进了LEACH算法的不足,均衡了节点能耗,有效节省了传输能量,进一步延长了网络的生存时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要内容及其安排
• 2 无线传感器网络路由协议综述
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络协议参考模型
• 2.1.3 无线传感器网络中的关键问题
• 2.2 无线传感器网络路由协议分析
• 2.2.1 无线传感器网络路由协议的特点及要求
• 2.2.2 现有路由算法分类比较
• 2.3 本章小节
• 3 LEACH协议性能分析
• 3.1 LEACH协议介绍
• 3.1.1 LEACH协议的物理基础
• 3.1.2 LEACH算法描述
• 3.2 LEACH协议簇首选举算法性能分析
• 3.2.1 LEACH簇首选举算法
• 3.2.2 LEACH协议簇首个数分析
• 3.2.3 LEACH协议簇首位置分析
• 3.3 LEACH协议数据传输过程性能分析
• 3.4 本章小节
• 4 基于节点区域中心分布的簇首选举算法
• 4.1 相关改进算法
• 4.2 算法提出
• 4.3 算法描述
• 4.4 仿真结果与分析
• 4.4.1 仿真工具简介
• 4.4.2 仿真环境
• 4.4.3 结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 簇首多跳分簇路由算法
• 5.1 相关改进算法
• 5.2 算法提出
• 5.3 算法描述
• 5.4 仿真结果与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 “轮”时间推导过程
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢