基于zigbee的无线传感器网络节能路由算法的研究和设计

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1、图书分类号TP393密级非密UDC硕士学位论文基于Zigbee的无线传感器网络节能路由算法分析与设计卫琪指导教师（姓名、职称）马礼教授申请学位级别工学硕士专业名称计算机系统结构论文提交日期2011年4月20日论文答辩日期2011年5月28日学位授予日期________年______月______日论文评阅人冯秀芳、陈够喜答辩委员会主席李定主2011年5月28日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行分析所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的分析作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以

2、明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：基于Zigbee的无线传感器网络节能路由算法分析与设计摘要节点能量是无线传感器网络最重要的资源，它直接关系着网络的使用寿命，因此，如何节约能量

3、，有效地延长网络的生存周期成为无线传感器网络路由协议设计的首要原则。本文阐述了无线传感器网络及其路由协议的相关理论，着重讨论了节能性较优的层次路由协议，并以经典的层次路由算法LEACH作为深入分析的对象和改进的基础，针对其存在的问题提出改进算法LEACH-improved。本文的主要工作包括以下几个方面：1.针对LEACH随机簇头选举机制存在的问题，LEACH-improved算法在首轮簇头选举时定义了临时簇头和最终簇头的概念，由位于同一簇半径内的所有临时簇头依能量多少来竞选最终簇头，均匀了簇头的分布，避免了簇头聚集的现象；非首轮执行中的最终簇头则是由当前最终簇头根据成员节点能量水

4、平来选择的，防止了低能量节点担当簇头。2.针对LEACH簇重构机制的问题，LEACH-improved算法采用局部簇重构策略，由各簇独立完成本簇的新簇头选举和簇重建，消除了大范围簇重构造成的能量消耗。3.针对LEACH数据通信机制的问题，LEACH-improved算法将所有最终簇头构成一个以汇聚节点为根的层次型树形结构网络，实现了最终簇头到汇聚节点的多跳路由，解决了长距离数据通信存在的能量开销过大的问题。4.在TinyOS软件平台下，运用nesC语言设计实现LEACH-improved算法。利用TOSSIM仿真平台对LEACH-improved和LEACH算法的节能性进行了比较，

5、仿真结果表明，LEACH-improved算法相比LEACH能更好地减少节点能量损耗，均衡网络负载，延长网络的生命周期。利用Micaz节点等实验设备对LEACH-improved路由算法进行了测试，有效地验证了该算法的多跳路由功能。算法的正确性和有效性均得到了证明。关键词：无线传感器网络，层次路由协议，LEACH，TOSSIMResearchandDesignofEnergyEfficientRoutingAlgorithminWirelessSensorNetworksBasedonZigbeeprotocolAbstractSensornodes’energyisthemost

6、importantresourceforwirelesssenornetworks,whichdecidesthelifetimeofthenetworkdirectly.Sothefirstprincipleindesigningroutingprotocolinwirelesssensornetworksissavingenergy,soastoeffectivelyprolongthenetworklifetime.Thepapersetsforththebasictheoriesaboutwirelesssensornetworksanditsroutingprotocol

7、,discussesindetailthehierarchicalroutingprotocolswhichperformbetterinenergysaving.ThepapertakestheclassicalhierarchicalroutingprotocolLEACHastheobjectforfurtherresearchandthebasisforfurtherimprovement.AndanimprovedalgorithmnamedLEACH-im