无线传感器网络LEACH协议的研究与改进

论文摘要

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线网络通信技术、分布式信息处理技术以及微机电技术等,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息的处理,以及自组织网络多跳中继方式将信息传送到终端用户,从而实现“无处不在的计算”理念。可以预计,无线传感器网络的发展和广泛应用,将对人们的社会生活、产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动作用。目前,各国研究者致力于无线传感器网络的路由协议、MAC层协议、QoS、网络拓扑控制、网络安全等各方面的研究,并取得了一定的研究成果。本文将着重对无线传感器网络LEACH路由协议进行研究。本文针对LEACH路由协议的不足,在以下两方面进行了改进:1.考虑选择阶段能耗和簇头节点压缩比受限2方面的问题,我们改进了LEACH路由协议最优簇头数目计算公式,并证明了在新的限定条件下传感器网络的生存周期最长。仿真结果表明,当且仅当簇头节点接收到的数据正好一次能被完全压缩并发送到基站时,网络生存周期最长。2.考虑到节点剩余能量和链路代价2方面的问题,我们采用划分区域的聚类方法,引入权重的概念,改进了簇头选择算法,可以使簇头节点均匀分布在网络中,得到较优化的聚类结构,有效地解决了簇头分布不均匀和簇内节点数差异过大的问题,减少了簇内通信的能耗;同时,各簇头之间采用多跳的方式,降低了簇头节点与基站BS之间长距离通信的能耗。这些措施保证了整个网络的能量负载能平均分配到每个传感器节点,有效地降低网络能耗、延长网络生存时间。仿真结果表明,LEACH-W算法的网络延时并没有增加多少,簇和死亡节点的分布更具均衡性,存活节点数明显提高、网络能耗有效降低,这些改进延长了网络生存周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 论文组织
• 第二章 无线传感器网络综述
• 2.1 WSN结构
• 2.1.1 节点结构
• 2.1.2 网络体系结构
• 2.2 WSN路由协议的特点和设计要求
• 2.3 WSN路由协议简要分析
• 2.3.1 泛洪式路由协议
• 2.3.2 以数据为中心的路由协议
• 2.3.3 层次式路由协议
• 2.3.4 基于位置信息的路由协议
• 2.3.5 各路由协议的性能比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 LEACH路由协议的研究与改进
• 3.1 LEACH算法概述
• 3.2 LEACH算法的物理模型
• 3.3 LEACH算法的具体描述
• 3.3.1 LEACH算法的簇头选择方法
• 3.3.2 LEACH算法的工作流程
• 3.4 算法分析
• 3.4.1 簇头选择问题
• 3.4.2 通信方式问题
• 3.4.3 数据融合问题
• 3.5 基于LEACH路由协议的改进
• 3.5.1 最优分簇数目的改进
• 3.5.2 基于区域划分的LEACH-W协议
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于区域划分的LEACH-W协议仿真分析
• 4.1 NS仿真平台
• 4.1.1 NS简介
• 4.1.2 NS2的主要特点
• 4.1.3 NS2网络模拟的步骤
• 4.2 仿真过程
• 4.2.1 仿真场景
• 4.2.2 仿真模拟参数
• 4.2.3 仿真结果及分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表