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无线传感器网络路由算法的研究

卢建刚

  无线传感器网络作为新一代信息获取网络系统,它综合了传感器技术、微电子技术、无线通信技术以及嵌入式计算等相关先进技术,实现了用户对被监测对象信息的实时监测和获取。无线传感器网络具有将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起的能力,使其拥有广阔的应用前景,它现已被广泛的应用于军事国防、医疗卫生、城市交通、安全生产、环境检测、抢险救灾等领域。传感器网络作为一种全新的信息获取和处理的网络,已经引起了众多专家和学者的注意,并逐渐成为了近年来的研究热点之一。 路由协议作为无线传感器网络的一项关键技术,直接决定了整个网络的生存周期。所以路由协议的设计也就成为了无线传感器网络的核心问题。由于无线传感器网络存在能量资源、通信宽带、计算能力和存储容量都非常有限的特点,使得一般无线网络的路由协议无法运用到无线传感器网络上,为此必须设计出新的路由协议来适应这种网络的特性。 本文首先概述了无线传感器网络的概念、特点、应用领域、关键技术和研究现状,接着对无线传感器网络的关键技术--路由协议进行了详细的阐述。并依据网络的逻辑结构将无线传感器网络的路由协议划分为平面型和层次型两大类。通过选取每类协议中一些具有代表性的协议进行分析和比较,得出了分簇协议在整体性能上略显优势。然后,着重对最早提出分簇概念的--LEACH协议的原理和运行机制进行了说明,分析了该协议的优缺点,最后进行了改进和仿真。 针对现有分簇路由协议中存在的不足,本文提出了一些改进思路:第一种改进思想主要是对典型的分簇路由协议LEACH做出了改进。首先,在簇头的选择方式上通过添加节点相对密度这个影响因子来影响簇头的选取。然后,在数据传输方面采用了簇间多跳通信的方式来避免LEACH协议中簇头与基站的远距离传输以节约能量。第二种改进思想是针对无线传感器网络中簇头到基站采用多跳通信方式中存在靠近基站附近簇头转发任务频繁,造成能量消耗过快的缺陷,提出一种基于区域划分的非均匀分簇算法。该算法根据节点距离基站远近划分区域,并相应调整簇头的分布和节点通信半径的大小,以此来均衡作为中继节点的簇头能量损耗。最后,通过借助Matlab仿真软件,对这两种改进方法进行了仿真实验,实验结果表明:改进后的协议比原协议在节能、网络生存时间等方面有了较好的改善。 在文章的最后,对目前所做的工作进行了总结,并对未来的工作做出了展望。……   
[关键词]:无线传感器网络;分簇路由协议;LEACH;仿真
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:江南大学2012年