基于能量与簇头控制的无线传感器网络路由协议的研究与仿真

摘要

无线传感器网络作为一种新兴的信息获取技术，已成为网络通信领域中备受关注的研究热点。无线传感器网络是一种无基础设施的无线网络，工作人员将一系列传感器节点随机部署于监控区域，这些传感器节点通过无线通信方式形成一个自组织网络，网络可以对该目标区域进行实时监测、感知和采集所感兴趣的监测对象的信息，并可对信息进行处理，然后传送到基站。无线传感器网络具有灵活多变、自组织、抗毁性强等特点，有着十分广阔的应用前景。
　　 无线传感器网络与传统网络通信技术有着很多不同之处。无线传感器网络中硬件资源有限、节点数量众多、高度应用相关，传统网络的路由协议已经很难适用于无线传感器网络，需要设计出专门应用于无线传感器网络的路由协议。目前，已经提出的无线传感器网络的路由协议较多，其中，LEACH协议是典型的分簇路由协议，是当前研究的热点，也是本文的研究重点。
　　 本文介绍了无线传感器网络的特点、应用领域和关键技术，对现有的无线传感器网络路由协议进行了综述及分析，并着重地研究与分析了无线传感器网络中典型分簇路由协议LEACH的运行机制及其优缺点。
　　 针对LEACH协议存在的缺陷，本文提出了相关的改进方案。其改进思路主要以非均匀分簇和双簇头路由作为出发点，提出了一种基于能量控制的双簇头非均匀分簇路由协议。在对网络进行分簇时，选举簇头需考虑节点能量情况，根据簇头离基站的距离划分为大小不均匀的簇，簇头采用双簇头路由方式。改进后的路由协议采用NS2进行了网络仿真实验，并和LEACH协议进行了比较，通过对仿真结果的分析，验证了改进后的路由协议。实验结果证明，改进后的路由协议在节点生存时间等方面有了较好的改善。有效地提高了网络能耗的均衡性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2无线传感器网络

1.3无线传感器网络的特征

1.4无线传感器网络性能评价标准

1.5无线传感器网络的相关应用

1.6无线传感器网络的主要研究领域

1.7国内外无线传感器网络的研究现状

1.8本课题的来源及研究意义

1.8.1课题来源

1.8.2课题研究的目的及意义

1.9研究工作和本文的贡献

第2章无线传感器网络中的典型路由协议

2.1引言

2.2 WSNS路由协议的分类

2.3平面路由

2.3.1 Flooding

2.3.2 Direeted Diffusion

2.3.3 SPIN

2.3.4 GEAR

2.4分层路由

2.4.1 LEACH

2.4.2 LEACH-C

2.4.3 PAGASIS

2.4.4 TEEN

2.5两种类型路由协议的比较

2.6本章小结

第3章 LEACH协议运行机制

3.1引言

3.2 LEACH自组织成簇

3.2.1簇首节点选举机制

3.2.2建立阶段

3.2.3稳定阶段

3.3数据融合机制

3.4能耗模型

3.5簇头轮换的时间间隔

3.6 LEACH协议的优点

3.7 LEACH协议的缺陷

3.8本章小结

第4章LEACH路由协议的改进与设计

4.1 LEACH-DC路由协议的设计

4.2簇头选择

4.2.1簇头选择算法概述

4.2.2备选簇头选择

4.3成簇规模

4.3.1最优成簇数

4.2.3最优成簇的簇内节点数

4.4网络路由

4.5复杂性分析

4.6本章小结

第5章LEACH-DC协议的仿真与分析

5.1网络仿真工具NS2

5.1.1 NS2简介

5.1.2 NS2组成结构

5.1.3仿真过程

5.2 WSNs仿真概述

5.3 LEACH-DC协议的仿真

5.3.1实验环境的建立

5.3.2协议仿真常用核心函数

5.3.3仿真文件格式

5.4 LEACH-DC协议仿真结果分析

5.5本章小结

第6章总结与展望

6.1工作总结

6.2未来工作及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目