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基于LEACH的WSN路由协议研究和改进

刘宝勤  
【摘要】:近年来,随着传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信和网络技术和节能设计工艺等领域的飞速发展和不断进步,出现了具有感知、数据处理和短距离无线通信能力的传感器。这些传感器能将感知到的周围物理参数转化成可供测量的电信号,在许多无人值守的应用中,人们将大量传感器进行组网,这样便有了无线传感器网络。由于具有布设方便快捷、自组织和环境适应能力强等特点,无线传感器网络被广泛应用在了军事、环境、医疗、家居、井矿等领域或行业,并取得了令人可喜的成绩。然而,无线传感器节点的能量供应有限,能量再次补给也比较困难,从降低网络总体能耗的角度来延长网络寿命成了无线传感器网络设计的首要目标。 在无线传感器网络中,节点如何将感知到的数据在满足低能耗要求下,以最少的时间正确传输到目标节点,并且在路径发生变化时能够实现自动修复等功能是用户对网络的基本要求,而实现这些功能靠的就是无线传感器网络路由协议,其主要任务是建立能量高效的优化路径、可靠地传输传感器节点与汇聚节点之间的数据。目前,无线传感器网络路由协议的研究已成为该领域国内外研究的热点问题之一。 本文首先简单介绍了无线传感器网络的定义、组成、特点、关键技术和应用。其次,分别介绍了几种具有代表性的平面路由协议和层次路由协议,总结了不同协议的优点与不足,分析了分簇协议的优势。再次,从成簇方法、协议工作过程、算法的效果等方面重点对LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)协议进行了深入全面的剖析,研究了影响协议性能的三个重要参数,分析协议存在的问题。最后,针对LEACH协议存在的问题,设计了新的基于剩余能量的多跳非均匀分簇的路由算法。论文详细论述了新协议的簇头选取、簇的形成、簇间路由的方法和协议的工作过程,并利用NS2仿真软件,对新协议和经典LEACH协议进行了仿真实验,仿真结果显示本文设计的基于剩余能量的多跳非均匀分簇的路由算法能够平均延长网络的生命周期30%以上,提高基站接收到的总数据量30%以上。


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