基于LEACH算法的无线传感器网络拓扑控制方法研究

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1、分类号：学校代码：10128UDC:学号：20151800058硕士学位论文学生类别：全日制专业型硕士研究生学位类别：工程硕士领域名称：计算机技术论文题目：基于LEACH算法的无线传感器网络拓扑控制方法研究英文题目：ResearchonTopologyControlAlgorithmsforWirelessSensorNetworksBasedonLEACH学生姓名：关乾煜指导教师：刘志强教授王瑞利研究员二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是以数据为中心的无线网络，为了获取精确信息，通常会部署大量传感器节点，而这些传

2、感器节点的部署环境往往较为特殊，难以进行人为干预，比如在森林防火、海洋环境监测、戈壁水土监测以及军事等工程背景中的应用。复杂的监测环境不利于WSN的维护，这使得降低节点能耗、延长网络的生命周期成为了近年来研究的重点。分簇拓扑路由技术能够有效均衡网络能耗以及延长网络生存时间，通过选择合适的簇头，将网络分割为多个层次的数据传输子网，在节能和扩展性方面具有独特的优势。LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy）拓扑路由算法是分簇拓扑控制中的经典，其簇头的选择是随机的。近年来对该算法的改进也是层出不穷，但多数没有考虑到WSN部署的复杂地形，而且簇头的选取仍然存

3、在缺陷。针对这样的工程背景以及存在问题，提出了一种以骨架节点作为簇头的层次型拓扑路由算法SNACH（SkeletonNodesActingAsClusterHead）。首先对图形处理技术中提取骨架的方法进行了深入研究，由于图形的骨架能够充分反映图形的结构特征，SNACH算法将网络的轮廓抽象为一个平面“图形”，并提取“图形”骨架，由此得到的骨架节点同样能够充分的反映监测网络的结构特征。这些骨架节点通常位于网络的“中轴”位置，利用这些节点充当簇头，和周围其他普通节点的通信距离相对平均，从而能够分担簇头压力，降低网络负载，延长网络生命周期。SNACH算法首先在网络中提取骨架节点作为簇头，并对骨架节点

4、进行扩展，得到一个骨架网络带作为簇头的备选集合，之后在簇头节点的备选集合中建立能量模型，以能量模型为基础轮替选择充当簇头的节点，从而得到一个能耗均衡的网络。最后搭建了OMNeT++（ObjectiveModularNetworkTestbedinC++）仿真平台，利用NED（NetworkDescription）语言编写基站节点、簇头节点以及普通节点等模块，通过C++语言进行逻辑实现。并根据传感器节点的实际情况对节点建立能量模型，更加真实地对WSN进行仿真实验。实验结果表明，SNACH算法的簇头节点在每一轮仿真实验中都能够均匀的分布在网络中，没有出现簇头节点过于集中或者过于靠近边界等现象。当基

5、站节点处于不同位置时，SNACH算法在节点能耗以及网络生命周期等方面的性能也都优于LEACH算法，其中当基站节点处于原点坐标时，效果最为明显。关键词：分簇；骨架节点；LEACH；能量均衡；OMNeT++I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWirelesssensornetworksaredatacentricwirelessnetworks.Inordertoobtainaccurateinformation,alargenumberofsensornodesareusuallydeployed,andthedeploymentenvironmentofthesesensornodes

6、isoftenmorespecialanddifficulttointervene,suchasforestfireprevention,marineenvironmentaldetection,Gobisoilandwatermonitoring,andmilitaryprojects.Theapplicationinthebackground.ThecomplexmonitoringenvironmentisnotconducivetothemaintenanceofWSN,whichmakesreducingtheenergyconsumptionofnodesandprolonging

7、thelifecycleofnetworkhasbecomethefocusofresearchinrecentyears.Theclustertopologyroutingtechnologycaneffectivelybalancethenetworkenergyconsumptionandprolongthenetworklifetime.Byselectingappropriateclus