无线传感器网络路由协议研究及仿真

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1、三峡大学硕士学位论文无线传感器网络路由协议研究及仿真姓名：郭敏申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：贺鹏20100401内容摘要路由协议是无线传感器网络研究的重点之一，其主要的设计目标是降低节点能量消耗，延长网络的生命周期。本论文首先介绍了无线传感器网络的体系结构、关键技术及应用前景，然后介绍了国内外对无线传感器网络路由协议研究的现状，最后详细分析了LEACH协议并针对它的不足之处作了相应的改进。LEACH是一种低功耗自适应分层路由算法，主要的思想是以循环的方式随机分簇，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点上，从而延长网络的生命周期。LEACH的运行包含初始化阶段和稳

2、定工作阶段：初始化阶段负责选举簇首、形成分簇和制定数据传输时隙表；而稳定工作阶段负责数据的采集和发送。虽然LEACH与传统的路由算法相比能有效的节省能量，延长网络的生命周期，但它仍然存在一些不足之处，如它分簇不均，等概率的选择簇首而没有考虑节点的能量因素，这都会导致簇首的负担过重，进而影响网络的性能。本文针对LEACH簇首负担过重的问题，提出了一种改进算法，该算法在初始化阶段考虑节点的剩余能量优化簇首的选取，使剩余能量高的节点成为簇首的概率增加；在稳定工作阶段，采用双簇首机制传输数据，在簇内选择次簇首传输数据以此来减少簇首能量损耗。最后使用NS2作为网络仿真平台，将改进算法和LEACH

3、在能量消耗、网络的生命周期和节点死亡情况三个方面进行了比较。仿真结果显示，改进算法的性能要优于LEACH。关键词：无线传感器网络路由协议簇双簇首网络仿真IIAbstractRoutingalgorithmisoneofthekeytechnologiesofthewirelesssensornetwork.Itsmaingoalistoreduceenergyconsumptionofnodesandprolongthenetworklifetime.Thepaperfirstlyintroducesthearchitectureofwirelesssensornetworks

4、,keytechnologiesandsomeapplications,andthendescribestheresearchesofroutingalgorithminthewirelesssensornetworkathomeandabroad.Finally,onthebasisofLEACH,animprovedalgorithmisproposed.LEACHisalow-energyadaptiveclusteringhierarchyroutingprotocol,whichwasdesignedtodistributetheenergyconsumptiontonode

5、sinthewirelesssensornetworkevenlybythewayofdividingsensornodesintoclusters,soitcanprolongthelifetimeofthenetwork.TheoperationofLEACHisdividedintorounds.Eachroundbeginswithaset-upphasewhentheclustersareorganized,followedbyasteady-statephasewhereseveralframesofdataaretransferedfromthenodestotheclu

6、ster-headandontothebasestation.However,somedisadvantagesalsoexistinLEACH,suchasclustersareunevenandtheprobabilityofbeingabletothecluster-headisequal.Asaresultofthat,thecluster-headisoverloaded,whichwillaffectthenetworkperformance.TheimprovedalgorithmbasedonLEACHincludestwoaspects:itselectscluste

7、r-headconsideringenergyconditionofnetwork,soitcanincreasetheprobabilityofnodewhoseenergyishighinset-upphase;inthesteady-statephase,itselectsanothercluster-headintheclustertotansmitdatatothebasestation,soitcanbalancetheenergy