基于LEACH的无线传感器网络路由协议能耗性能的研究及优化

论文摘要

无线传感器网络（WSNs:Wireless Sensor Networks）是由一组传感器以Ad hoc方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者。传感器应用领域包括:军事侦察、环境检测、医疗和建筑物检测等。随着传感器技术、无线通信技术和计算机技术的不断发展和完善,各种传感网络将遍布生活的各个层面。路由协议研究是WSNs研究中的关键问题之一。典型的分层型路由协议LEACH,较好地解决了传感器网络中路由协议的能耗性问题,然而LEACH协议在能耗性能方面尚有继续改进的空间,针对这一点,本文提出了其改进策略LEACH-α协议。传统LEACH协议在选举簇首节点时,采用动态簇首选举算法,每轮选举产生簇首节点个数为最佳簇首数（实验表明,网络中簇首数为最佳簇首数时网络最节能）的概率并不是最大,使得每轮选举的簇首数偏差较大,不能使节点能耗达到最优化,甚至会严重恶化。本文提出了改进后的LEACH-α协议,该协议在簇首选举阶段通过簇首节点间的相互协作,以少量的能量消耗来获取全局信息,改进了LEACH协议簇首选举算法的不足之处,从而有效地改善了簇首选举算法的能耗性。理论推导和仿真实验结果表明,LEACH-α协议相比于传统LEACH协议有效地节省了节点能量,延长了网络生命周期。最后,分析了该策略的不足之处,并确定了进一步的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 无线传感器网络及其应用
• 1.2.1 无线传感器网络的研究进展
• 1.2.2 无线传感器网络的研究热点
• 1.2.3 无线传感器网络的关键技术
• 1.2.4 无线传感器网络的发展趋势及应用前景
• 1.3 本文的研究目标及主要内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 本文组织结构及章节编排
• 第二章 无线传感器网络路由协议
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.2 无线传感器网络节点构成
• 2.3 无线传感器网络特点
• 2.4 无线传感器网络主要路由协议
• 2.5 无线传感器网络路由协议研究面临的挑战
• 2.6 无线传感器网络仿真环境
• 2.7 本章小结
• 第三章 LEACH 协议
• 3.1 分层型路由协议研究现状
• 3.2 LEACH 协议设计
• 3.3 LEACH 协议相关模型
• 3.3.1 LEACH 协议物理模型
• 3.3.2 LEACH 协议能量消耗模型
• 3.4 LEACH 协议优缺点分析
• 3.4.1 LEACH 协议的优点
• 3.4.2 LEACH 协议的不足
• 3.5 本章小结
• 第四章 LEACH 协议能耗性研究与改进
• 4.1 能耗性研究
• 4.1.1 簇首数对于LEACH 协议的影响
• 4.1.2 LEACH 协议能耗性存在的问题
• 4.2 LEACH-α协议的提出
• 4.2.1 LEACH-α协议的提出
• 4.2.2 LEACH-α协议的描述
• 4.3 LEACH-α协议的验证
• 4.3.1 LEACH-α协议的能量开销分析
• 4.3.2 LEACH-α协议的仿真数据分析
• 4.3.3 LEACH-α协议的验证结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文工作回顾
• 5.2 成果及意义
• 5.3 存在的问题及进一步的工作
• 参考文献
• 附录 本文核心代码
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的论文