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基于LEACH的WSN路由协议研究与改进

作　者: 张园园
导　师: 张红
学　校: 西安科技大学
专　业:
关键词: 无线传感器网络路由协议分簇 LEACH
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)能实时监测、感知、采集和处理各种监测对象信息,在军事通信、环境监测和工业生产等方面具有广阔的应用前景。由于WSN通常由大量密集的传感器节点构成,节点的能源、计算能力和带宽都非常有限,传统的无线路由协议不适合WSN。设计能够有效节约能源,延长网络生命周期的路由协议成为WSN研究的一个重点。本文的主要工作如下:首先,本文从不同衡量指标对WSN的路由协议进行比较之后,重点分析了应用比较广泛的低功耗自适应分簇路由协议(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)的优点和缺点。其次,由于LEACH协议中簇头变换频繁,能量利用效率低,本文提出了LEACH-EAC(LEACH-based Energy Aware clustering method)算法以延长网络生命周期。该算法建立了网络的生存周期和节点能量之间的关系,推导出了网络生存周期的上限和下限,提出了减少簇头轮换次数的策略。仿真结果表明改进后的LEACH-EAC算法在延长稳定期和生存周期等方面都要优于LEACH协议。最后对所做工作进行了总结和展望。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
1 绪论  6-8
  1.1 课题背景  6
  1.2 课题研究目的和意义  6-7
  1.3 本文的组织结构  7-8
2 无线传感器网络概述  8-17
  2.1 WSN 概念  8
  2.2 WSN 的体系结构  8-10
    2.2.1 WSN 结构  8
    2.2.2 传感器节点结构  8-9
    2.2.3 传感器网络协议栈  9-10
  2.3 WSN 的特点  10-12
  2.4 WSN 的关键技术  12-14
  2.5 WSN 的性能评价  14-15
  2.6 WSN 的应用领域  15-16
    2.6.1 军事应用  15
    2.6.2 环境观测和预报系统  15-16
    2.6.3 医疗护理  16
    2.6.4 智能家居  16
    2.6.5 其它应用  16
  2.7 小结  16-17
3 无线传感器网络路由协议  17-29
  3.1 WSN 路由协议概述  17-18
    3.1.1 路由协议的特点及设计目标  17-18
    3.1.2 WSN 路由协议的分类  18
  3.2 平面路由协议  18-23
    3.2.1 几种典型的平面路由协议  19-22
    3.2.2 平面路由协议比较  22-23
  3.3 几种典型的WSN 分簇路由协议  23-27
    3.3.1 LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)  24
    3.3.2 LEACH-C(LEACH-centralized)和LEACH-F(LEACH-fixed)  24-25
    3.3.3 HEED(Hybrid Energy Efficient Distributed clustering)  25
    3.3.4 TEEN(Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol)  25-26
    3.3.5 PEGASIS(Power Efficient Gathering in Sensor Information Systems)  26
    3.3.6 GAF(Geographic Adaptive Fidelity)  26-27
  3.4 分簇路由协议比较与分析  27-28
  3.5 小结  28-29
4 一种改进的LEACH 分簇算法  29-48
  4.1 LEACH 协议的分析与研究  29-35
    4.1.1 分簇算法分析  29-30
    4.1.2 选择LEACH 协议作为研究对象的原因  30-31
    4.1.3 LEACH 协议的应用前提  31
    4.1.4 LEACH 算法的物理基础  31-33
    4.1.5 LEACH 路由协议算法  33-35
  4.2 分簇协议性能指标  35
  4.3 LEACH 的改进算法  35-39
    4.3.1 LEACH 协议的不足  35-36
    4.3.2 LEACH-EAC 算法的提出  36
    4.3.3 LEACH-EAC 设置簇头轮换的方法  36-38
    4.3.4 LEACH-EAC 算法的实现  38-39
  4.4 仿真结果与分析  39-47
    4.4.1 仿真场景及参数  39
    4.4.2 网关节点位于（50,50）位置下的仿真结果与分析  39-43
    4.4.3 网关节点位于（50,150）位置下的仿真结果与分析  43-47
  4.5 小结  47-48
5 结论  48-49
  5.1 论文总结  48
  5.2 展望  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-53
附录  53

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