无线传感网络LEACH路由协议的改进研究

发布时间：2017-08-05 21:25

  本文关键词：无线传感网络LEACH路由协议的改进研究

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【摘要】：在无线传感网络中,每个传感器节点的能量有限,难以随时对传感器节点补充能量,所以能量是整个网络中的一项重要资源,决定了整个网络的生存时间。因此,根据无线传感网络的特点来设计一种高效节能的路由协议是研究无线传感网络的一项重要内容。随着对无线传感网络的深入研究,越来越多的无线传感网络路由协议被提出来,但每种路由协议都是针对不同的应用需求而产生的,只是对其中的一项或几项参数进行了改进,没有面面俱到地对所有参数进行完善。本文在综合比较了平面路由协议和分层路由协议的基础上选择了对经典的分簇路由协议LAECH进行研究,并针对该协议的不足,提出了一种基于LEACH的改进协议。本文的主要内容如下:首先,在本文的研究背景下,阐述了本文的研究意义。其次,在概述了无线传感网络的基础上,综述了无线传感网络中的路由协议,并对比分析了几种经典的路由协议。最后,分析了LEACH协议的工作原理,并针对LEACH协议没有考虑到节点的剩余能量、非簇头节点的位置以及簇头与基站只使用单跳通信带来的能耗较大的问题,提出了一种针对LEACH协议的改进分簇路由协议(Improved-Leach)。Improved-Leach对用于选择簇头的阈值进行了重新定义,综合考虑了节点的剩余能量和当前节点未当选为簇头的轮数这两个方面的因素。同时,提出了新的分簇结构模式,当非簇头节点与基站的距离比它到所有的簇头的距离都小时,非簇头节点作为一个独立的节点与基站直接通信。此外,为了进一步减少LEACH协议只使用单跳通信带来的能耗较大的问题,采用了单跳与多跳相结合的传输方法。通过MATLABR2014a软件对改进协议Improved-Leach与原始LEACH协议和其它几种改进协议(LEACH-NEW、LEACH-C及Leach-advanced)进行了对比模拟测试,结果表明,LEACH、LEACH-NEW、LEACH-C及Leach-advanced协议分别在160轮,170轮、180轮及210轮左右时就开始出现死亡节点,而Improved-Leach协议在330轮左右时才开始出现节点死亡的情况;LEACH、LEACH-NEW、LEACH-C及Leach-advanced协议的网络分别在600轮、730轮、800轮及840轮左右时网络中的节点就已经全部死亡,而Improved-Leach协议的网络直到1000轮左右才全部死亡。与这四种协议相比,Improved-Leach协议显著地提高了网络的能量利用率,延长了网络的生存时间。
【关键词】：无线传感器网络 路由协议 LEACH协议 能量利用率
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 研究现状9-11
• 1.2.1 无线传感网络的研究现状9
• 1.2.2 LEACH协议改进的研究现状9-11
• 1.3 研究目的11-12
• 1.4 研究内容和主要创新点12-13
• 1.5 本文的组织结构13-14
• 2 无线传感器网络概要14-30
• 2.1 无线传感器网络概念14-15
• 2.2 无线传感网络的体系结构15-17
• 2.2.1 节点的体系结构15-16
• 2.2.2 无线传感网络的网络结构16-17
• 2.3 无线传感网络路由协议的概述17-18
• 2.4 无线传感网络路由协议的分类18-28
• 2.4.1 平面路由协议18-24
• 2.4.2 分层路由协议24-28
• 2.5 无线传感网络路由协议的特点比较28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 LEACH协议的研究和改进30-47
• 3.1 LEACH协议的分析30-34
• 3.1.1 簇的建立阶段31-33
• 3.1.2 稳定的数据传输阶段33-34
• 3.2 LEACH协议的传输能量模型34-35
• 3.3 LEACH协议的优缺点35-36
• 3.4 LEACH协议范围局限性的分析36-39
• 3.5 LEACH协议的改进方案39-43
• 3.5.1 簇头的选择40
• 3.5.2 分簇的结构模式40-41
• 3.5.3 簇间数据传输模式41-43
• 3.6 改进协议的算法描述43-46
• 3.7 本章小结46-47
• 4 改进协议的模拟测试与分析47-58
• 4.1 模拟软件的介绍47-50
• 4.1.1 OPNET47
• 4.1.2 NS247-48
• 4.1.3 MATLAB48-50
• 4.2 性能评价指标50-51
• 4.3 仿真环境与参数设置51-52
• 4.4 实验结果与分析52-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 总结与展望58-60
• 5.1 总结58-59
• 5.2 展望59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录64
• A. 作者攻读硕士学位期间发表的论文：64

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本文编号：626998