基于可变深度的局部搜索算法在无线传感器网络上的研究与应用

摘要

随着科学技术的飞速发展，人类已进入信息化时代。在信息化时代，从人与人之间的信息交互，提升到人与物，物与物之间的信息交互。传感器作为获取物理世界信息最基本，最常用的技术之一，在社会的各个领域得到了广泛的应用，进而使得以传感器技术和无线通信技术为基础的无线传感器网络WSN成为当今世界研究与应用的热点。
　　无线传感器网络综合了计算机技术、嵌入式技术、无线通信技术、微电子技术和传感器技术，由随机或定点部署在检测区域内的大量传感器节点组成，各传感器之间能够协同地实时监控、感知和采集目标对象的动态信息。在无线传感器网络中，传感器节点采集的数据通过其它传感器节点逐跳地在网络中传输，经过多跳后路由到汇聚节点，最后通过有线或无线网络到达数据处理中心管理节点，用户通过管理节点沿着相反的方向对传感器网络进行配置和管理，发布监测任务以及收集监测数据，从而达到人类社会与物理世界之间的相互交互。目前WSN被广泛的应用于环境监测、森林火灾预测、军事侦察、智能家居、城市交通管理、宇宙探索、仓库管理和单位车辆调度等领域，并将逐步深入到人类工作、生活的各个领域。
　　无线传感器网络的一个重要特点是：传感器节点一般被部署在人类难以或无法到达的地方。由于传感器节点体积小重量轻，且分布在监控区域内的每个传感器节点能量有限，因此，研究一种有效的、节能的路由协议来延长网络工作时间，已成为当今无线传感器网络的一个热门研究课题。
　　论文首先详细介绍无线传感器网络的体系结构、基本特点和关键技术，并从基于平面和层次的角度上分别介绍Flooding、SPIN、DD、GEM、LEACH等无线传感器网络下几个典型路由协议的实现原理和各自的优缺点；接着重点分析LEACH协议的能量模型、设计缺陷以及基于它的一个典型的改进协议--LEACH-C协议；然后分别从节点能量、簇首分布的合理性、节点分布范围和时延性这四个方面提出了一种基于可变深度局部搜索算法的LEACH改进方案，记为LEACH-LS协议，最后在NS-2下进行了LEACH-LS协议的仿真实验，并将结果与LEACH、LEACH-C两种协议在节点存活率、能量消耗、簇首分布等方面进行了对比，得出LEACH-LS协议具有较好的簇首分布规律和能量消耗小等特点。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的结构安排

2 无线传感器网络及局部搜索算法

2.1 无线传感器网络

2.2 局部搜索算法

2.3 本章小结

3 无线传感器网络路由协议及其比较

3.1 无线传感器网络路由协议的分类

3.2 无线传感器网络路由协议的特点

3.3 无线传感器网络路由协议设计原则

3.4 无线传感器网络路由协议分析

3.5 无线传感器网络经典路由算法比较

3.6 本章小结

4 LEACH 协议的研究

4.1 LEACH 协议的概述

4.2 LEACH 协议的算法描述

4.3 LEACH 协议的能量消耗模型

4.4 本章小结

5 基于可变深度的局部搜索算法的分层路由协议

5.1 选择 LEACH 进行协议改进的理论依据

5.2 LEACH-C 协议的介绍

5.3 LEACH-LS 路由协议

5.4 本章小结

6 可变深度的局部搜索算法仿真实验及分析

6.1 NS-2 网络仿真软件

6.2 仿真实验

6.3 实验分析

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

致谢