基于能量均衡的LEACH算法研究与改进

摘要

无线传感器网络是当前非常热门的研究领域，伴随着物联网的兴起，无线传感器网络拥有巨大的发展潜力。由于无线传感器网络部署环境一般比较复杂，节点能量有限且不做更换，因此能量受限成了制约网络性能的关键因素。如何更好的节约网络能量，提高能量的利用率成为了设计无线传感器网络的重要目标。
　　LEACH协议是最早提出的经典分簇路由协议，引入自适应成簇和簇头轮换机制，具有良好的能量均衡特性，极具研究价值。本文就是在LEACH路由协议的基础上做了改进研究，提出改进协议算法。
　　论文首先讲述了研究题目的背景和意义;接着详细介绍了无线传感器网络的体系结构等相关背景知识和无线传感器网络路由协议的研究现状;然后对LEACH协议做了详实的研究与分析，提出LEACH协议的不足;最后，针对上述问题不足提出改进算法。论文对LEACH协议簇头选取过程做了大量的研究，发现简单的轮换机制，虽然能够使得所有节点机会均等的被选取为簇头，但却并不是最优方案。原因是网络节点的能耗呈现很大的不均衡性，不考虑节点的剩余能量，简单直接的轮循很容易导致剩余能量少的节点当选为簇头，致使节点过早死亡，进而影响网络的生命周期等网络性能。论文中提出新的簇头选举策略，使剩余能量较低的节点没有机会当选为簇头;同时改善了网络整个生存期簇头节点数量的期望值(簇头数量期望值始终最优)。达到均衡节点能耗、提高网络生命周期的目的，进而提高网络的性能指标。
　　论文使用NS2仿真模拟软件，对LEACH协议以及提出的改进协议LEACH-B进行仿真。分析仿真结果，比较两种算法的网络生命周期、基站接收的有效数据量以及能量利用率等性能指标，验证了改进协议优于LEACH协议的结论。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 课题的研究背景与意义

第二节 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

第三节 本文的主要内容及论文结构

1．3．1 本文的主要内容

1．3．2 论文结构

第二章 无线传感器网络及其路由协议研究分析

第一节 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感器网络概念

2．1．2 无线传感器网络的体系结构

2．1．3 无线传感器网络的特点

2．1．4 无线传感器网络的应用

第二节 无线传感器网络路由协议概述

2．2．1 无线传感器网络路由协议的特点

2．2．2 无线传感器网络路由协议的设计要求

第三节 无线传感器网络路由协议分类

第四节 典型无线传感器网络路由协议介绍

2．4．1 几种典型平面路由协议

2．4．2 几种典型分层路由协议

第五节 无线传感器网络路由协议性能的分析比较

2．5．1 路由协议性能的分析比较

2．5．2 选择LEACH协议作为研究对象的原因

第六节 本章小结

第三章 经典LEACH协议分析

第一节 网络模型

第二节 能耗模型

第三节 LEACH协议的工作流程

3．3．1 簇的建立阶段

3．3．2 稳定工作阶段

第四节 LEACH协议的研究现状

第五节 本章小结

第四章 基于LEACH协议的改进

第一节 LEACH协议的优缺点分析

4．1．1 LEACH协议的优点

4．1．2 LEACH协议的缺点

第二节 改进协议的研究分析

4．2．1 问题的提出

4．2．2 改进协议的模型

4．2．3 改进协议的描述

4．2．4 改进算法的分析

第三节 本章小结

第五章 仿真与分析

第一节 协议性能的评价指标

第二节 仿真工具NS2及其仿真过程

5．2．1 NS2软件简介

5．2．2 NS2基本原理

5．2．3 NS2无线仿真模块

5．2．4 NS2仿真过程

第三节 协议仿真与结果分析

5．3．1 建立仿真实验环境与实验数据的分析方法

5．3．2 算法参数优化

5．3．3 仿真结果分析

第四节 本章小结

第六章 总结与展望

第一节 工作总结

第二节 研究展望

参考文献

致谢

个人简历