无线传感器网络分簇路由算法研究与实现

论文摘要

传感器网络作为一种新型采集数据的技术手段,无论在军事领域还是民用领域都受到了越来越多的关注。而路由协议是无线传感器网络的重要组成部分,负责在源节点和目的节点之间传输数据。由于无线传感器网络具有与传统网络不同的特点,因而传统网络的路由算法不能有效地应用于无线传感器网络,路由算法成为无线传感器网络中的热点研究领域。在目前的研究中,分簇路由算法被认为是能进行高效的能量管理,延长网络生存期的最有效途径之一。在对当前无线传感器网络路由算法的系统学习和总结基础之上,本文对无线传感器网络路由分簇算法展开了相关研究,主要在以下三个方面做出了有益的尝试:第一,论述了传感器网络的一些特点,对现有的路由算法,包括平面路由算法和分簇路由算法进行了分析,综述了它们的优点以及性能上的一些不足,为设计新的分簇路由算法奠定基础。第二,选择典型的分簇路由—LEACH协议作为研究对象,分析了LEACH协议中选择簇头和簇内通信的不足,在此基础上提出自己的改进算法。改进后的LEACH算法以节点的剩余能量以及节点到基站的距离为依据来进一步选择簇头节点,并且让簇内通信采用多跳方式。仿真结果表明,改进后的LEACH算法与原算法相比,簇头分布更为均匀,并且网络的生存时间和能量的使用效率均得到有效提高。第三,为了延长网络生存周期,提高能量的使用效率,本文提出了一种新的分簇路由算法—能量高效的分簇路由算法。该算法在组簇期间根据节点间的相互距离进行组簇,保证节点的数据发送能耗最小;该算法同时还保证簇间传输的能耗较小,使网络尽可能达到负载均衡,进一步地提高能量的使用效率。实验结果表明,与典型的分簇式路由算法—LEACH算法和其改进算法相比,网络的生命周期得到有效提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容
• 1.3 本文组织
• 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 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.2 传感器网络的特点
• 2.2 传感器网络的节能性研究
• 2.3 传感器网络的性能评价
• 2.4 无线传感器网络的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线传感器网络路由协议的分析与比较
• 3.1 无线传感器网络路由协议概述
• 3.2 无线传感器网络路由协议的特点
• 3.3 传感器网络路由的设计目标
• 3.4 传感器网络路由协议研究现状
• 3.4.1 路由协议分类
• 3.4.1.1 平面路由协议
• 3.4.1.2 层次化路由协议
• 3.4.2 路由协议的比较分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 对LEACH 协议的研究和改进
• 4.1 LEACH 算法
• 4.1.1 LEACH 算法介绍
• 4.1.2 算法中存在的问题
• 4.2 对LEACH 算法的改进
• 4.2.1 最小能耗生成树
• 4.2.2 簇头的选举
• 4.2.3 改进的算法过程
• 4.2.4 数据汇聚
• 4.3 算法仿真与分析
• 4.3.1 算法仿真采用的网络模型
• 4.3.2 算法仿真的参数设定
• 4.3.3 算法仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 节点能量高效的无线传感器网络分簇路由算法
• 5.1 分簇路由算法的优势
• 5.2 算法提出背景
• 5.3 EECA 设计的基本目标
• 5.4 EECA 算法
• 5.4.1 基本工作流程
• 5.4.2 分簇
• 5.4.3 确定簇头
• 5.4.4 确定路由表
• 5.4.5 数据传送
• 5.4.6 路由维护过程
• 5.5 算法仿真与结果分析
• 5.5.1 算法仿真采用的网络模型
• 5.5.2 算法仿真参数设定
• 5.5.3 仿真过程与性能分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文