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无线传感器网络分簇路由协议的研究

陈建兵  
【摘要】:随着传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的发展,无线传感器网络越来越受到人们的重视。无线传感器网络是一种由大量的微型传感器节点形成的自组织网络,它能够实现对网络区域进行实时性的监测。它通过在网络监测区域内部署大量具有感知、信息采集与处理和通信能力的传感器节点,收集目标区域对象的信息,然后将这些信息通过无线通信方式传送到用户进行分析处理。无线传感器网络具有十分广阔的应用前景,如军事侦察、农业生产、环境科学、医疗卫生、工业生产、智能交通等。 在学术界,针对无线传感器网络的研究现在已经成为研究热点,无线传感器网络的路由协议的研究是其中热点之一。路由协议解决的是数据传输路径的路由问题,它的优越与否对于整个网络的性能有着直接的影响。由于传感器网络的能量是有限的,无线传感器网络的路由协议必须要优先考虑能量节省问题。现有的分层路由协议虽然在一定程度上能够满足无线传感器网络的要求,但是还有一些值得改进的地方。针对现有分层路由协议的不足,提出相应的措施对其进行改进,对于改善网络整体性能具有十分重要的意义。 本文分析与研究了现有无线传感器网络路由协议,尤其是分簇协议LEACH的基础上,提出了改进的分簇路由协议。首先从最优化每轮簇头数目的角度对原有的LEACH协议进行了改进,首轮由汇聚节点通过公式的推导得出了最佳簇头数目,在收到网络中节点的地理位置信息后,汇聚节点按照最优簇头数目对监测区域进行区域划分,在各个区域中选择合适的节点作为簇头。其次,原有LEACH协议中对簇头的选取是按相等概率随机选取的,这样就会造成能量和位置不佳的节点被选为簇头,针对这一问题,改进协议中采用上轮簇头节点根据本簇成员信息决定下一轮簇头的方式,来选择能量与位置均较合适的节点作为下一轮簇头。最后,针对原有LEACH协议中簇间通信采用的方式所带来的距离汇聚节点较远的簇头能量消耗较大的问题,在簇间路由上采取了多跳的通信方式,延长了整个网络的生存周期。 最后,在NS网络模拟软件上对改进协议进行了模拟仿真,比较了改进后的协议和原有LEACH协议的性能。仿真结果表明,与原有的LEACH相比,改进后的协议在网络生存时间、总能量消耗以及汇聚节点所收到的数据量等方面都取得更好的性能,它能够有效地降低网络平均能耗,延长了整个网络的寿命。


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