基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能路由協(xié)議研究與仿真.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork簡稱為WSN)是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡的一個新的研究領域，它由大量的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式自組織形成網(wǎng)絡，能夠實現(xiàn)對目標的實時監(jiān)測、采集和信息處理。近年來，隨著傳感器技術、微電機技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡和無線通信等技術的進步，無線傳感器網(wǎng)絡得到了快速發(fā)展，應用前景十分廣闊，可廣泛應用于軍事領域、空間探測、輻射檢測、洪災預警、農(nóng)田管理等眾多領域。 本文首先介紹了課題背景，闡述了本課題

2、的研究目的以及意義。接著，對無線傳感器網(wǎng)絡的體系結構、特點、應用前景以及關鍵技術做了簡要介紹，由于無線傳感器網(wǎng)絡通常由大量密集的傳感器節(jié)點構成，節(jié)點的能源、計算能力和帶寬都非常有限，傳統(tǒng)的無線路由協(xié)議不適合無線傳感器網(wǎng)絡。因此，設計能夠有效節(jié)約能源、延長網(wǎng)絡生命周期的路由協(xié)議成為了無線傳感器網(wǎng)絡研究的一個重點。本文主要對無線傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議進行研究與設計，首先研究了無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的特點、設計目標和分類，通過分析和比較各種無線

3、傳感器網(wǎng)絡的路由協(xié)議，然后選擇了典型的分簇式路由協(xié)議——LEACH協(xié)議作為研究對象。 在LEACH協(xié)議中，少量的節(jié)點通過一種自組織的方式當選為簇首，收集當前簇內信息并在融合后轉發(fā)給基站，把網(wǎng)絡的負載均勻的分布在整個網(wǎng)絡中，大大節(jié)約了通信過程中的能量消耗。本文針對簇首選擇的隨意性和等概率性，對當選的簇首增加一次能量檢測，如果不符合要求，就把簇首的權利轉移給其它高能量節(jié)點，避免低能量節(jié)點當選為簇首。另外，簇首與基站直接通信，如果基站

4、距離所有傳感器節(jié)點都不遠的話，LEACH將具有良好的性能。但是當簇首節(jié)點遠離基站時，簇首將要和基站進行高能耗的通信，這樣會造成簇首節(jié)點負載過重，加快簇首節(jié)點的死亡，縮短網(wǎng)絡的生命周期。本文在分析LEACH協(xié)議的基礎上，以降低簇間遠距離通信的能量消耗為主要目標，同時考慮到整個網(wǎng)絡中簇首能量消耗的均衡控制，提出了一種以剩余能量為參數(shù)限制中間節(jié)點選擇的簇首多跳算法。本算法在生成包括基站在內的所有簇首節(jié)點的最小生成樹的過程中，考慮轉發(fā)數(shù)據(jù)的中間

5、節(jié)點的剩余能量，使簇首之間通過一個多跳的最優(yōu)路徑與基站進行通信，并且避免使用低能量節(jié)點，本文在NS2仿真平臺下對LEACH協(xié)議與改進后的算法進行了仿真實驗。仿真結果表明，改進后的算法在減少簇首能量的消耗和均衡網(wǎng)絡節(jié)點能量消耗方面優(yōu)于LEACH協(xié)議，延長了網(wǎng)絡的生命周期。最后，對本論文的工作進行總結，并提出了本課題領域有待于進一步研究的問題。 本文得到了國家自然科學基金資助項目(批準號：60672137，60773211)、新世優(yōu)