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1、一种新的基于LEACH的WSN路由协议研究摘要无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Networks)的产牛和快速发展与微 机电系统、现代网络、无线通信、传感器等技术的进步密不可分。因为传感 器节点体积微小、电池能源有限、个数众多、分布区域广和部署区域环境复 杂等特点，使得如何高效使用有限能量来最大化网络生命周期成为了研究无 线传感器网络的首要挑战。因其应用场景广阔，在军事应用、环境监测和预 报系统、医疗护理和智能家居等方面都得到了广泛应用，故研究设计出能量 高效、快速收敛、可扩展性强、鲁棒性好的无线传感网路由协议就变得尤其 重要。本文对低功耗自适应的分层聚合协议LEACH(L
2、ow Energy Adaptive Clustering Hierarchy)进行了研究，针对其不足之处，提出了一种新型的路由 算法。本文的主要内容如下：首先，在本文的研允背景下，探讨了无线传感器网络的研究意义，并对 无线传感器网络的研究现状及其应用场景进行了研究。其次，对无线传感器网络路由协议进行了分析，按照拓扑控制将路由协 议分为平面路由和层次路由。讨论了几种典型的路由协议的工作原理和应用 的场景，并重点分析了 LEACH协议，这是论文的理论基础。再次，分析了 LEACH的工作原理，并分析了其不足之处。针对其能量 消耗不均和节点过早死亡问题，提出了基于节点位置和剩余能量的簇头选举 算法，
3、在通信阶段，找岀当前簇内最大剩余能量节点进行数据融合的优化算 法。最后，通过NS-2网络模拟器软件进行实验的验证及分析。从网络生存 时间、基站接收数据和能量消耗三个方面进行了对比分析，结果表明，改进 后的协议能延长网络寿命，减少基站接收数据量，减缓节点的能量消耗。关键词无线传感器网络；LEACH协议；网络生存时间；能量均衡An New Research of WSN Routing Protocol Basedon LEACHAbstractWireless sensor networks(WSN) generation and rapid development are owe to the
4、 advancement of micro-electro-eechanism system, modern network, wireless communication, sensor and other technologies. Since the sensor nodes have small size, limited battery power, numerous number, distribution and deployment of a wide area of complex regional environment and other characteristics,
5、 which makes how to make efficient use of limited energy to maximize network lifetime being the primary challenge in wireless sensor networks. Because of its broad application scenarios, in military applicat ions, environmental monitoring and forecasting systems, medical care, intelligent home furni
6、shing, etc. have been widely used. So researching and designing energy efficient, rapid convergence, scalability, robustness wireless sensor networks protocol becomes especially important. In this paper, low energy adaptive clustering hierarchy (LEACH) has been studied, for its shortcomings, we prop
7、ose a new routing algorithm. The main main contents are as follows:Firstly, according to the research background, the significance of the research of wireless sensor networks are discussed, the reserch status and application scenarios of wireless sensor networks is also studied.Secondly, the wireles
8、s sensor networks routing protocols are outlined, in according with topology control the routing protocol is divied into: flat routing and hierarchical routing. Then explain the scene of several typical routing protocol works and applications, we mainly introduce LEACH protcol, which is the theoreti
9、cal foundation of our papers.Again, this paper analyzes the principle of LEACH, analyzes its shortcomings. Aimed to energy consumption for its uneven and premature death node problem, a cluster head election algorithm based on the loction ande the-it-residual energy of nodes is proposed, in the comm
10、unication phase, finding the maximum residual energy node in the current cluster to do data fusion work.Finally, experimental verfication and analysis through NS-2 network simulator software. Survival time from the network, the base station receives the data, the energy comusmption in thres areas we
11、re compared, the simulation results show that the improved protocol can porlong the survival time of the network, reduce the mount of base station received data, reduce the energy consumption of nodes.Keywords wireless sensor networks(WSN), LEACH protocol, network lifetime, energy balance摘要IAbstract
12、II第1章绪论11.1课题研究的背景和意义11.2无线传感器网络的研究现状与展望21.2.1国外研究现状与应用21.2.2国内研究现状与应用31.3课题的来源及研究内容41.3.1课题来源41.3.2课题的主要研究内容4第2章 无线传感器网络路由协议62.1无线传感器路由协议概述62.2平面路由协议72.2.1洪泛和闲聊路由协议72.2.2连续分配路由协议SAR82.2.3基于最小代价场的路由协议82.2.4定向扩散路由协议92.3层次路由协议102.3.1 LEACH 协议102.3.2非均匀分簇协议UCS 102.3.3 LEACH-C 协议102.3.4阈值敏感能量高效传感器网络协议TE
13、EN112.3.5混合有效能量分布式分簇协议HEED 112.3.6高能效传感器采集信息协议PEG AS IS112.3.7 LEACH-M 协议12LEACH 协议12LEACH算法的物理模型12LEACH算法的不足之处132.5本章小结14第3章基于LEACH的簇头选举算法优化设计 153LEACH路由协议的算法解析153.1.1簇头选举算法153.1.2簇建立阶段163.1.3簇稳定阶段163.1.4 LEACH源代码分析163.1.5 LEACH协议簇头建立算法183.2 NEWLEACH 改进算法193.2.1算法改进思路193.2.2具体算法分析203.2.3 NEWLEACH协议
14、主要修改的代码片段 213.3本章小结22第4章基于LEACH的数据通信优化设计234数据融合概述234.2网络层中的数据融合244.2.1路由方式与数据融合244.2.2 DC路由中的数据融合244.3数据通信阶段的优化设计254.3.1基本思路254.3.2具体实现264.3.3实现代码264.4本章小结27第5章 仿真实验结果与分析285仿真平台NS2285.1.1仿真平台介绍285.2 NS-2仿真流程295.2性能评估及仿真验证29521 NS2仿真文件代码的分析29522确定oc, 0的取值305.2.3网络生存时间对比315.2.4基站接收数据对比325.2.5能量消耗对比325
15、.3本章小结33结论34参考文献35攻读硕士学位期间所发表的学术论文39致谢40第1章绪论1.1课题研究的背景和意义无线传感器网络的产牛和高速发展离不开现代网络、传感器技术、微机电 系统和无线通信等技术的进步，无线传感器网络还是一门融合了多学科的综合 性技术，成为目前IT领域中的一大热点，也被预测为未来能改变世界的十大技 术之一，对其的研究也成为了一大热点。传感器的功率越来越低，功能越来越强，并且能够在微体积中同时完成数 据采集、处理以及支持无线传输，这都是得益于无线通信技术、计算机技术、 微电子技术等技术的进步。无线传感器网络由数量众多的传感器节点组成，自 主构建网络拓扑，从传感器节点采集的数据发送到基站要经历多次数据传递的 一种网络，这样设计的好处是，传感器节点能获得感兴趣数据，将其经过处理 后发送到汇聚节点或者基站。要是说Internet不仅改变了人类间的沟通方式，并 在逻辑上把所有信息连接起来，那么可以说，WSN是将信息和物理现实结合在 一起，搭建了人与自然界的新的交流平台；人类可以通过传感器技术来探索卅 界，这样即能巩固加强现存的网络又能提高对世界的认知能力。无线传感器网络在未来的应用场景菲常宽泛，在军事、咲疗护理、监测和 预报、新能源的探测等领域都能大显身手。
