无线传感器网络leach协议分簇算法改良地研究

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1、学位论文独创性声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）：签字日期：年月日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授

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3、公开）万方数据摘要摘要当今无线传感器网络（WirelessSensorNetwork）无疑是网络研究领域的一大热点。相比于传统网络组网模式，无线传感器网络的最大特点在于节点同时[1]具备了数据上传和为其他节点提供转发的功能。这使其能够很好地适应大规模和动态网络的应用要求。借助无线传感器网络自组织性的特点，可以几乎不需要任何安装工作就依靠大量廉价节点完成指定区域的数据采集和监控工作。而无线传感器网络的另一优点在于其脱离了对线路的依赖，这同时也意味着节点需要完全依靠自带的蓄电池工作，完成节点之间转发协作承担传统网络设备中电源线路和网线的功能。因此无线传感器网络节点的

4、功耗和数据传输问题就成为传感器网络协议研究的焦点。本文系统地介绍了无线传感器网络的节点特性、应用、体系结构、协议栈相关资料。同时列举目前应用较广的几种无线传感器协议，包括平面型、分层型和坐标系型三大类。简明阐述了它们的工作原理，优缺点和适用范围。其中分层型协议包含了LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）协议，分层协议的特点在于节点在数据传输时被分为只做数据采集工作的节点，[2]和负责为一定区域内节点提供转发服务的簇头节点。LEACH协议是本文介绍的重点，包括它的能量模型、簇头选择算法、分簇的实现步骤和使其适用的几个

5、基本假设。执行LEACH协议的网络在生命周期内不断经历着簇的重组与数据转发两个阶段的轮替。在簇的重组阶段采用分布式算法产生簇头，算法可以确保所有节点平均承担簇头的任务。通过三次握手簇头完成与周围节点的组簇和传输同步工作。在传输阶段簇内非簇头节点没有数据时处于休眠状态，而簇头则承担转发任务，采用数据融合技术降低网络负载，采用TDMA方式为节点分配信道避免冲突。通过簇的重组，LEACH协议平衡节点由于承担簇头任务而造成的能量损耗上的差异。LEACH协议通过以上机制降低网络能耗，延长网络的生命周期。但LEACH协议的设计也使其应用存在固有缺陷，比如说LEACH以节点等

6、次数地轮流承担簇头任务，这种能量平衡机制要求节点具有相同初始能量和相同的簇头能耗。当布网区域离基站较近时，由于不同簇头与sink通信能耗不同，使得单轮的簇头能耗不同。而当布网节点质量不同时，节点的初始能量可能不同。以上两种情况都会导致LEACH的能量平衡机制失效。正是因为这I万方数据摘要个原因LEACH协议在很多布网工作中并不适用。在本文的最后部分，针对LEACH协议过远节点能量消耗过快而不能平衡能耗的缺陷，提出了协议的改进版本LEACH-FC(LEACH-ForwardedByTheClusterHead)，引入转发机制使用靠近sink的簇头为远端簇头分担能耗

7、以改善这个问题。针对协议只适用初始能量相同节点的缺陷，提出了改进版本LEACH-SE(LEACH-SelectCusterHeadByEnergy),使用能量做参数选择簇头。并编写了模拟两个版本改良协议与原协议的运行差异的模拟程序验证改良的效率。模拟程序仿真了新协议和原协议的执行过程，验证了新协议的改良效果，所得结果与理论分析一致。以上两个新协议的设计都是在LEACH协议原有的执行框架下执行，从最大程度上保持原协议的优势。在新的协议设计中所作出的最大尝试在于引入能量平衡机制，这种平衡机制不仅会对网络节点条件的差异作出反应，使得协议执行过程中的节点的任务分配向能耗

8、差降低的方向发展，同时还