基于能耗优化的无线传感器网络LEACH协议研究与改进

摘要

无线传感器网络是新一代的智能信息综合网络系统，以其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化、超低能耗系统设计，在国防军事、环境监测、工农业生产、交通管理、抢险救灾、医疗卫生、危险区域远程控制等诸多领域都具有重要的科研价值和实用价值。
　　 由于自身特点，无线传感器网络的能耗问题是研究的重点之一。无线传感器的能量消耗主要用在数据通信阶段，因此路由协议对其至关重要。在无线传感器网络的发展过程中有很多适应于不同背景的路由协议被提出，其中LEACH协议是具有里程碑意义的协议，本文就能耗问题着重研究并改进LEACH协议。
　　 本文以降低无线传感器网络的能量消耗为研究重心，首先就无线传感器网络的特点、体系架构、关键技术、应用背景等做了简单介绍，同时对一些经典的路由协议进行了细致全面的分析，然后重点阐述了LEACH协议，包括其运行原理、工作过程等内容，总结了其优缺点，在此基础上提出改进，并实验仿真。
　　 本文的改进主要体现在两个方面：原LEACH协议每轮选举出来的簇首节点可能因剩余能量不足，不能完成担任簇首期间的任务。我们改进后的LEACH-M协议在簇首选举阀值公式中，将节点剩余能量、节点没有成为簇首的运行轮数等考虑进来，增大能量多的节点成为簇首的概率。同时节点选择簇首加入时，引入节点与簇首、簇首与基站间距离等因素的权重因子，使形成的簇群分布较合理，避免单个节点消耗过多的能量而死亡。通过仿真发现，改进后的协议能有效提高节点的存活率，降低网络的能耗，延长网络的寿命。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3 无线传感器网络概述

1.3.1 无线传感器网络的系统架构

1.3.2 传感器节点结构

1.3.3 无线传感器网络的体系结构

1.4 无线传感器网络的关键技术

1.5 无线传感器网络的应用

1.6 课题研究的目的和意义

1.7 论文的主要研究内容和章节安排

第二章 无线传感器网络路由协议概述

2.1 引言

2.2 无线传感器网络路由的主要特点

2.3 无线传感器网络路由的分类

2.4 以数据为中心的平面路由

2.4.1 Flooding和Gossiping

2.4.2 SPIN

2.4.3 Directed Diffusion

2.4.4 SAR

2.5 分层路由协议

2.5.1 LEACH

2.5.2 LEACH-C和LEACH-F

2.5.3 TEEN和APTEEN

2.5.4 PEGASIS

2.5.5 MECN

2.6 路由协议的比较

2.7 本章小结

第三章 LEACH协议研究

3.1 无线传感器网络的网络模型和能量模型

3.2 LEACH协议算法过程

3.2.1 簇首的选取

3.2.2 成簇过程

3.3.3 稳定阶段

3.4 LEACH协议性能分析

3.5 本章小结

第四章 LEACH协议的改进

4.1 LEACH协议的改进要点

4.2 改进方案

4.2.1 基本思想

4.2.2 簇首选择

4.2.3 簇的形成

4.3 最优簇首数

4.4 算法过程

4.4.1 节点初始化

4.4.2 选出簇首

4.4.3 簇的形成

4.5 本章小结

第五章 仿真

5.1 仿真软件的介绍

5.1.1 OPNET

5.1.2 TOSSIM

5.1.3 MATLAB

5.2 性能评价指标

5.3 仿真场景

5.4 仿真环境模拟参数

5.5 仿真结果及分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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