无线传感器网络分簇协议LEACH协议中的簇头选择的改进研究

论文摘要

无线传感器网络可应用于军事、商业、医疗救护、环境监测等诸多领域,目前己成为计算机和通信领域中的研究热点之一。无线传感器网络是由大量的微小节点通过无线通信技术组成的自组织网络。传感器节点依靠电池供给能量,而又不能对数量众多的节点更换电池,因此网络生命周期就成为了无线传感器网络的关键性能指标之一。在目前的研究中,分簇算法被认为是进行高效的能量管理、延长网络生命周期的最有效的途径之一。本文分析了现有路由协议的优缺点,对经典的无线传感器网络分簇协议LEACH（低功耗自适应分簇协议）进行了深入的研究。簇的形成方法是LEACH协议研究的主要内容,而簇头选择算法又是簇形成的核心。因此本文详细分析了簇头选择算法的关键技术和算法实现过程。在LEACH协议中簇头选择算法不能做到最优,无法保证簇头处于恰当的位置,也没有考虑到簇头的剩余能量水平,这导致簇头过早耗尽能量,缩短了网络的生命周期。针对LEACH协议中簇头选择算法存在的不足,本文提出了改进的协议:1.考虑了基于覆盖率的生命周期,提出了一种基于覆盖值的改进协议LEACH NEW协议。该协议对覆盖值不同的节点区别对待,让覆盖值相对较低的节点承担更多的通信中继工作,从而在保持网络覆盖率的前提下尽量延长网络生命周期。2.针对LEACH协议中簇头分布可能不合理的问题,提出了一种基于簇头间距的LEACH-M协议。该协议限制了簇头间距的最小距离,避免造成簇头位置集中,同时考虑了节点的剩余能量,让剩余能量较多的节点被优先选择为簇头,从而减少网络的能耗,达到延长网络生命周期的目的。通过NS2仿真平台上的仿真实验,仿真结果表明改进后的协议都在一定程度上改善了LEACH协议的性能,延长了无线传感器网络的生命周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 无线传感器网络的研究现状及其研究意义
• 1.3 本文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的概念
• 2.1.1 无线传感器网络的网络节点和体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的分类
• 2.1.3 无线传感器网络的特点
• 2.1.4 无线传感器网络的应用与前景
• 2.2 无线传感器网络的路由协议
• 2.2.1 无线传感器网络路由协议的特点与性能指标
• 2.2.2 无线传感器网络的生命周期
• 2.2.3 一些典型的无线传感器网络路由协议
• 第三章 LEACH 协议的分析及改进
• 3.1 LEACH 协议
• 3.1.1 LEACH 协议的概述
• 3.1.2 LEACH 协议的优缺点
• 3.1.3 两种现有的LEACH 改进算法
• 3.2 基于覆盖值的LEACH NEW 协议
• 3.2.1 LEACH NEW 协议的设计思路
• 3.2.2 LEACH NEW 协议的簇头选择方案
• 3.3 基于簇头间距的LEACH-M 协议
• 3.3.1 LEACH-M 协议的设计思路
• 3.3.2 LEACH-M 协议的簇头选择方案
• 第四章 仿真模型和实验分析
• 4.1 仿真模型
• 4.1.1 NS2 简介
• 4.1.2 具体实现
• 4.2 LEACH NEW 协议的仿真
• 4.2.1 最优簇头数的仿真
• 4.2.2 几种协议基于存活节点数的比较
• 4.2.3 几种协议基于覆盖率的比较
• 4.2.4 几种协议性能比较
• 4.2.5 节点密度对LEACH NEW 协议的影响
• 4.3 LEACH-M 协议的仿真
• 4.3.1 基于存活节点数的仿真比较
• 4.3.2 LEACH 协议和LEACH-M 协议的性能比较
• 4.3.3 簇头间距的限制条件对LEACH-M 协议的影响
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果