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

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork簡稱為WSN)是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的一個新的研究領(lǐng)域，它由大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式自組織形成網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標(biāo)的實(shí)時監(jiān)測、采集和信息處理。近年來，隨著傳感器技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信等技術(shù)的進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到了快速發(fā)展，應(yīng)用前景十分廣闊，可廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、空間探測、輻射檢測、洪災(zāi)預(yù)警、農(nóng)田管理等眾多領(lǐng)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(luò)的體系結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用前景以及關(guān)鍵技術(shù)做了簡要介紹，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常由大量密集的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)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(luò)。因此，設(shè)計能夠有效節(jié)約能源、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的路由協(xié)議成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的一個重點(diǎn)。本文主要對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議進(jìn)行研究與設(shè)計，首先研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的特點(diǎn)、設(shè)計目標(biāo)和分類，通過分析和比較各種無線

3、傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)通過一種自組織的方式當(dāng)選為簇首，收集當(dāng)前簇內(nèi)信息并在融合后轉(zhuǎn)發(fā)給基站，把網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均勻的分布在整個網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(quán)利轉(zhuǎn)移給其它高能量節(jié)點(diǎn)，避免低能量節(jié)點(diǎn)當(dāng)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(diǎn)都不遠(yuǎn)的話，LEACH將具有良好的性能。但是當(dāng)簇首節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離基站時，簇首將要和基站進(jìn)行高能耗的通信，這樣會造成簇首節(jié)點(diǎn)負(fù)載過重，加快簇首節(jié)點(diǎn)的死亡，縮短網(wǎng)絡(luò)的生命周期。本文在分析LEACH協(xié)議的基礎(chǔ)上，以降低簇間遠(yuǎn)距離通信的能量消耗為主要目標(biāo)，同時考慮到整個網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)選擇的簇首多跳算法。本算法在生成包括基站在內(nèi)的所有簇首節(jié)點(diǎn)的最小生成樹的過程中，考慮轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的中間

5、節(jié)點(diǎn)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(jìn)行通信，并且避免使用低能量節(jié)點(diǎn)，本文在NS2仿真平臺下對LEACH協(xié)議與改進(jìn)后的算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法在減少簇首能量的消耗和均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量消耗方面優(yōu)于LEACH協(xié)議，延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。最后，對本論文的工作進(jìn)行總結(jié)，并提出了本課題領(lǐng)域有待于進(jìn)一步研究的問題。 本文得到了國家自然科學(xué)基金資助項目(批準(zhǔn)號：60672137，60773211)、新世優(yōu)