基于最优簇头数的LEACH协议的分析与改进

摘要

本文首先介绍了该课题的来源以及研究意义，通过对国内外研究现状的分析，用以支撑自己改进后的协议的创新性。接下来对无线传感器网络的概念以及体系结构做出了定义。为了给改进LEACH协议作铺垫，本文阐述了WSN中几种主要的节能策略以及关键技术。并且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，本文提出了一种新的路由协议LEACH-EN。该协议的改进主要集中在四个方面：簇头没有均匀分布、每轮簇头数量随机、簇头的选取没有考虑剩余能量、另外簇头与基站通信采取单跳方式。
　　为了让簇头能均匀分布，本文采用了传统的九宫格对网络区域进行了等面积的划分。通过基于压缩比的得到最优簇头目来有效控制簇头数量，控制原理是一个区域内只能有一个簇头出现。原LEACH算法的阀值公式中每一个节点是以相同的概率竞选簇头的，虽然看似公平，但是却不能有效均衡全网的能量，引入节点剩余能量的概念，让剩余能量高的节点当选的机会更大才能真正公平。对于簇头节点在原LEACH算法中于基站是直接通信的，这样忽视了距离对通信代价的影响，本文利用各个区域内的簇头，制定了简单的多跳传播通信路径，避免了计算最短路径的通信开销。
　　改进后的路由协议LEACH-EN采用MATLAB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LEACH-EN性能上的优越。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，延长了网络的生存时间。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

第1章 绪论

1.1 课题研究意义及选题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究工作及其论文结构安排

第2章 无线传感器网络

2.1 无线传感器网络概述

2.2 无线传感器网络的体系结构

2.2.1 无线传感器网络拓扑体系结构

2.2.2 无线传感器网络协议体系结构

2.3 无线传感器网络的节能策略

2.3.1 几种主要的节能策略

2.4 无线传感器网络中的关键技术

2.5 无线传感器网络的特点

2.6 无线传感器网络典型的路由协议

2.6.1 平面路由算法

2.6.2 层次路由算法

2.7 小结

第3章 LEACH算法简介及分析

3.1 LEACH算法

3.2 LEACH算法中存在的问题分析

3.2.1 没考虑簇头在簇中位置所带来的问题

3.2.2 没考虑节点分布密度所带来的问题

3.2.3 频繁变换动态拓扑所带来的问题

3.3 LEACH算法改进的探讨

3.4 小结

第4章 改进后的LEACH-EN路由协议原理设计

4.1 考虑压缩比的最优簇头数的计算

4.2 LEACH-EN路由协议准备阶段

4.3 LEACH-EN路由协议簇头选举

4.4 小结

第5章 仿真实验及结果分析

5.1 仿真工具介绍

5.2 仿真参数的设置

5.3 LEACH协议与LEACH-EN仿真结果对比

5.4 小结

结论

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间所参与的科研活动)