基于无线传感器网络LEACH路由协议的节能技术研究

【摘要】：无线传感器网络作为一项新兴的技术,已经在诸多领域得到了广泛应用,对国防、工业生产及人们的日常生活产生了重大影响。无线传感器网络节点一般工作在人员无法到达的恶劣环境中,而且节点一旦被部署,将无法得到额外能源补充。因此通过研究节能技术,最大限度的延长电池的寿命和整个网络的生存周期是国内外学者近年来的研究重点。 本文在分析现有各种无线传感器网络路由协议的基础上,选择实践应用中最具代表性的层次型路由协议LEACH协议作为研究对象,分析了LEACH协议的优缺点,提出了有针对性的改进策略,并以此为论证的出发点,提出了一种新的基于LEACH协议的节能路由算法,即A-LEACH(Advanced-LEACH)算法。该算法研究了无线传感器网络最优化成簇原理,提出了新的簇头选举策略,并充分借鉴二叉树算法在簇头之间建立了多跳路由进行数据转发。理论研究证明,改进后的算法实现了网络负载的均衡,节省了网络能耗,有效地延长了网络寿命。 最后利用NS2(Network Simulator, version 2)在设定的网络场景中对LEACH协议、LEACH-C协议、MET协议和A-LEACH算法进行了仿真实验,从网络寿命、基站接收到的数据量、网络能耗、网络能量效率四个角度对实验结果进行了总结分析。实验结果表明,A-LEACH算法在上述四方面的表现均较其他三种协议有明显优势。 【关键词】：无线传感器网络 路由协议 LEACH A-LEACH 节能 NS2
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• Abstract7-8
• 目录8-11
• 图表目录11-13
• 第1章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13
• 1.2 无线传感器网络的发展历史13-15
• 1.3 无线传感器网络应用领域15-16
• 1.4 当前国内外研究现状16-17
• 1.5 课题的提出17
• 1.6 主要研究内容及章节安排17-19
• 第2章 无线传感器网络及其路由协议的特点分析19-33
• 2.1 无线传感器网络体系结构19-20
• 2.2 无线传感器网络节点结构20-21
• 2.3 无线传感器网络协议栈21-22
• 2.4 无线传感器网络特征22-23
• 2.5 无线传感器网络路由协议23-30
• 2.5.1 无线传感器网络路由协议设计的影响因素23-25
• 2.5.2 现有路由协议的优缺点分析25-30
• 2.6 典型路由协议性能的比较30-31
• 2.7 本章小结31-33
• 第3章 LEACH路由协议的研究分析33-41
• 3.1 LEACH协议的假设条件与无线电模型33-34
• 3.2 LEACH协议的具体实现过程34-37
• 3.2.1 簇首的选择35-36
• 3.2.2 簇的建立阶段36
• 3.2.3 稳定工作阶段36-37
• 3.3 LEACH协议优缺点分析37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 改进型协议A-LEACH的设计41-53
• 4.1 算法假定条件41
• 4.2 最优化聚类数的确定41-44
• 4.3 固定簇类的划分44
• 4.4 簇首节点的确定44-47
• 4.5 簇的建立47
• 4.6 多跳路由的建立47-50
• 4.6.1 实现过程48-49
• 4.6.2 能耗分析49-50
• 4.7 数据转发50-51
• 4.8 本章小结51-53
• 第5章 A-LEACH协议的仿真平台与实验设计53-63
• 5.1 NS2的简介53
• 5.2 NS2组成结构53-54
• 5.3 NS2模拟的基本流程54-55
• 5.4 仿真实验55-60
• 5.4.1 仿真场景设置55-57
• 5.4.2 仿真参数设置57-58
• 5.4.3 实验运行58-59
• 5.4.4 数据收集59-60
• 5.5 评价指标60-61
• 5.6 本章小结61-63
• 第6章 实验结果及性能分析63-69
• 6.1 网络生存期对比分析63-64
• 6.2 网络能耗对比分析64-65
• 6.3 网络发送数据量对比分析65-66
• 6.4 网络能量效率对比分析66
• 6.5 基站位置变化时对比分析66-68
• 6.6 本章小节68-69
• 第7章 结论与展望69-71
• 7.1 全文工作总结69
• 7.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 作者简历75-77
• 硕士期间发表的学术论文77-81
• 学位论文数据集81

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