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基于节点位置和能量的无线传感器网络分簇路由协议研究

肖刘军  
【摘要】: 无线传感器网络作为一种全新的信息获取与处理技术,能够广泛应用在国防军事、环境监测、空间探索及物品跟踪等许多领域。无线传感器自身的特点及工作环境决定了节点的能量是严格受限的。如何有效地提高能量的利用效率,延长网络的生存时间,是无线传感器网络需要研究的首要问题。 本文在查阅相关文献的基础上,综述了无线传感器网络路由技术在国内外的研究现状。以LEACH路由协议为研究课题,在分析和比较现有主流无线传感器网络路由协议的优缺点,及其应用环境范围特点的基础上,对LEACH分层路由协议进行了详细具体的分析,指出了LEACH协议的优缺点。针对LEACH协议分簇过程中,簇头的随机产生,簇头在网络中的分布不合理的情况,本文进行了具体改进。 首先,本文对簇头数目比例的最优值进行了推导,得出在网络规模一定的情况下,簇头数目的最优比例。然后,通过对网络的区域进行划分,使簇头出现在固定区域内,以减少网络的能量消耗,并延长网络的生存时间。接着,以簇头间的距离作为出发点,在LEACH随机产生簇头的过程中,限制簇头间的距离,使簇头在网络中分布更加均匀,以此均衡网络的负载,减少能量的消耗,并延长网络的生存时间。 此外,本文还将网络中节点的位置信息与节点的剩余能量相结合,同时作为选簇考虑的指标,提出了一种LEACH改进算法,避免了原始LEACH算法随机选择簇头存在的缺点,降低了能量过低的节点成为簇头的概率,把传输消耗的能量尽可能平均地分担到各个节点。文中仿真结果的分析和比较表明,该改进算法在能量的节省及网络生存周期的延长等方面,性能得到明显提高。 最后,对本论文所作的工作进行了总结,指出了需要进一步研究的问题与方向。


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