无线传感器网络中能量有效的分簇算法研究

摘要

无线传感器网络是众多的传感器通过无线通信的方式，相互联系，处理、传递信息的网络。该网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，可以实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种对象的信息，并对这些信息进行处理，传送给所需用户。无线传感器网络在军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面都有着广泛的用途，其研究、开发和应用，关系到国家安全、经济发展的各个方面，近年来在国际上引起了广泛的重视和投入。由于外界环境的不确定性，经常导致需要部署成百上千的传感器协同工作，故对由大量传感器构成的大规模传感器网络的研究正逐渐引起关注，并被认为是本世纪的一项具有挑战性的研究课题。目前，学术界的研究热点主要集中在传感器网络分簇算法、通信路由协议、网络覆盖等领域。 本文提出了一种传感器网络中能量有效的分簇算法，该算法在经典的分簇算法LEACH的基础上，通过引入平均能耗调节参数和密度调节参数，使得靠近簇结构地理中心位置的节点以及位于节点密集分布区域的节点有更高机率成为簇头。采用该算法时，传感器网络簇头的选取更为合理，从而进一步优化了簇的结构，均衡了网络的能量消耗，与采用LEACH算法相比，传感器网络的生命周期有一定幅度的延长。 本文的工作主要包含下列内容： (1)对本课题背景和国内外研究现状做了描述。 (2)对传统的LEACH算法进行了介绍，并指出了其存在的问题，然后对问题进行分析。 (3)提出了平均能耗以及节点密度的数学模型，并将它们用于改进LEACH算法的簇头选取过程。 (4)设计了一个仿真的实验平台，该平台采用C＃语言开发，用图形化的界面直观的显示出节点的部署情况，根据能量有效簇头选取算法选取出来的簇头位置以及每轮运行算法时各簇头节点在坐标系中的具体坐标。同时该实验平台还能方便的对实验的参数进行修改，全方位的对提出的新算法进行性能分析。 (5)通过实验对本课题所提出的理论进行了评估，总结了研究成果，指出了不足并提出了改进意见。

目录

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英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2传感器网络中的路由协议研究现状

1.2.1传感器网络的体系结构

1.2.2传感器网络中的AC路由协议

1.2.3传感器网络中的平面DC路由协议

1.2.4传感器网络中的层次(分簇)DC路由协议

1.2.5传感器网络中的组播与选播路由协议

1.3课题的主要工作及研究内容

1.4论文的组织结构

第2章LEACH算法简介及分析

2.1引言

2.2 LEACH算法

2.3 LEACH算法中存在的问题分析

2.3.1未考虑簇头在簇结构中位置时存在的问题

2.3.2未考虑节点分布密度时存在的问题

2.3.3采用单跳路径选择模式时存在的问题

2.3.4确定合适的p值时存在的问题

2.3.5频繁动态拓扑变换带来的问题

2.4小结

第3章基于节点平均能耗的分布式簇头选取算法

3.1引言

3.2基于节点平均能耗的分布式簇头选取算法

3.2.1传感器网络的生命周期

3.2.2 CHS-AEC算法

3.3算法分析与仿真实验

3.4小结

第4章能量有效的分布式簇头选取算法

4.1引言

4.2相关定义

4.2.1邻居节点

4.2.2密度调节参数

4.3 EECHS算法

4.4算法分析与仿真实验

4.4.1实验平台

4.4.2实验设计

4.4.3实验过程

4.4.4实验结果

4.5小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录