基于LEACH能量节省路由协议的研究与仿真实现

摘要

无线传感器网络是一种综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术的新型网络，这种网络能够相互协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种监测对象的信息，并将信息传送给远端的用户。无线传感器网络与传统的无线网络有着明显不同的技术要求，在无线传感器网络中，除了少数节点需要移动以外，大部分节点都是静止的，而且它们通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中，能源无法更换，节点大多为一次行性设计，因此，在硬件容量有限的条件下，设计有效的功率控制策略来延长WSN的生命周期成为无线传感器网络控制的核心问题。
　　本文以标准LEACH路由协议为基础，针对其簇头选举策略和簇组建方法的不足之处进行了改进，提出了基于节点间能量梯度的LEACH-GB算法和基于能量消耗的多跳算法LEACH-MM。在LEACH-GB算法中，以节点的能量梯度作为参考指标进行簇头的选举和分簇依据。LEACH-GB为WSN的每个节点都记录每一轮的能量梯度值，根据能量梯度的大小来计算簇选择因子，每一轮选举簇头时根据每个节点的选择因子的值大小来决定簇头。LEACH-GB根据节点间的位置、邻居节点的信号强度等参数来调整节点的能量梯度，并作为下一轮簇头选举的参考指标来选举簇头和建立簇。LEACH-MM算法对传感器节点覆盖区域进行区域划分，对不同的区域按照其距离基站的远近赋予不同的簇头选举概率，并在第二轮后将不再进行簇头的选举，而是由现任簇头按照节点剩余能量的多寡来指定下一任簇头节点。LEACH-MM算法不仅改进了标准LEACH算法中的簇头选举策略，并改进了标准LEACH算法中由簇头节点到基站的单跳传输方式为多跳传输方式，从而有效地节省了节点能量。论文将LEACH-GB算法和LEACH-MM算法在NS-2中进行了仿真，并对照标准LEACH算法进行了性能评估。结果表明了这两种算法都能在很大程度上降低了节点的能量消耗，延长了网络的生存周期。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 研究目的和意义

1.3 论文组织结构

第二章 无线传感器网络与功率控制路由协议

2.1 引言

2.2 WSN的组成结构

2.3无线传感器网络的分类

2.4 WSN功率控制路由协议

2.5 本章小结

第三章 LEACH路由协议

3.1 LEACH算法

3.2 LEACH协议能量模型

3.3 LEACH算法评价

3.4 LEACH算法的研究现状

3.5 本章小结

第四章 基于梯度的分簇路由算法LEACH-GB

4.1 引言

4.2 LEACH-GB算法

4.3 LEACH-GB算法的优点

4.4 仿真与性能评估

4.5 本章小结

第五章 基于多径多跳的路由算法LEACH-MM

5.1 引言

5.2 网络模型

5.3 LEACH-MM算法

5.4 LEACH-MM算法的优点

5.4 仿真与性能评估

5.5 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献