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1、摘要WSNs路由协议分析与仿真摘要无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术，作为计算机科学技术方面研究的一个新领域，它的应用前景十分广阔，目前己经在学术界和军方引起了高度的重视。传统的无线路由协议不适合无线传感器网络的原因是因为无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成，而这些节点的能源、计算能力和带宽都非常有限，所以设计出一个能够有效节约能源，使网络生命周期得到延长的路由协议成为了无线传感器网络的研究重点。本文阐述了无线传感器网络的概念、体系结构、节点结构、协议栈以及关键技术等相关内容；将一些典型的路由协议进行了分析和比较；在此基础上深入分析了LEACH协议，通过分析
2、发现，在随机选择簇头的方案上，LEACH 协议存在以下问题：（1）簇头节点分布不均匀；（2）簇的大小相差较大；（3）能量低的节点可能被选作簇头；（4）簇数目不能保证为最优值。这些问题都会影响网络寿命。于是本文提出了一个改进的协议LEACH-CH协议，该协议通过全局节点的信息选举簇头节点，选出最优节点，减少能耗、延长网络生存周期。最后通过NS2仿真对比LEACH和LEACH-CH协议。关键词：无线传感网络；路由协议；LEACH协议；NS-2软件AbstractThe Analysis and Simulation of WSNs routing protocolAbstractWireless
3、sensor networks are integration of sensor, embedded computation, networks and wireless communication technology of four. As a new research field of computer science and technology, it has a broad application prospect and has been highly valued by academic and military. Traditional wireless routing p
4、rotocol is not suitable for wireless sensor networks because wireless sensor networks (WSNs) usually consist of a large number of intensive sensor nodes, and the nodes are very limited in energy, computing power and bandwidth, thus design a routing protocol that can effectively save energy and make
5、the network life cycle extended becomes a focus of the research on wireless sensor networks. This paper introduces the concept, the architecture, the node structure, protocol stack and the key technology related content of wireless sensor networks; analyze and summarize the difference between some t
6、ypical routing protocols for wireless sensor networks; On the basis of that, the paper makes a deep analysis of LEACH protocol, through the analysis found that, LEACH agreement exists the following problems due to the random selection of cluster head scheme: (1) the cluster head node distribution is
7、 not uniform; (2) the size of the cluster is larger; (3) the nodes with low energy may be selected as cluster head; (4) the number of clusters is not guaranteed to be optimal value. These problems will affect the network lifetime. This paper proposes an improved protocol that calls LEACH-CH protocol
8、. The election of cluster head nodes information global node, select the optimal node, reduce energy consumption, and prolong the network life cycle. Finally, rough NS2 simulation, compared with LEACH and LEACH-CH protocol.Key words: wireless sensor networks; routing protocol; LEACH protocol; NS-2目录
9、目录第1章 绪 论11.1 课题研究背景与意义11.2 无线传感器网络概述21.2.1 无线传感器网络的概念21.2.2 无线传感器网络体系结构21.2.3 无线传感器网络节点结构31.2.4 无线传感器网络协议栈41.2.5 无线传感器网络的关键技术51.3 论文内容及安排6第2章 无线传感器网络路由协议72.1 无线传感器网络路由协议与传统网络路由协议的区别72.2 无线传感器网络路由协议的考虑因素82.3 路由的过程82.4无线传感器网络路由协议的分类9第3章 典型无线传感器网络路由协议分析113.1 平面路由协议113.1.1 Flooding协议及Gossiping协议113.1.2
10、 SPIN协议123.1.3 DD协议133.1.4 SAR协议133.2 层次路由协议143.2.1 LEACH协议143.2.2 TEEN协议143.3 协议综合比较15第4章 层次路由协议的研究和改进174.1 研究方向174.2 能量模型17III4.3 LEACH协议的算法体系结构184.3.1 簇建立阶段184.3.2 稳定数据传输阶段204.3.3 LEACH协议的优缺点204.3.4 LEACH代码分析214.4 LEACH-CH协议254.4.1 LEACH-CH协议的介绍254.4.2 LEACH-CH协议的设计26第5章 仿真实验及结果分析275.1 仿真平台的介绍285
11、.2 仿真过程与结果分析28第6章 工作总结和展望33致谢34参考文献35计算机信息工程学院毕业设计前言无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)由大量廉价的微型的传感器组成，以无线通信方式自组织形成的一个的网络系统，其作用是将网络覆盖区域中感知对象的信息进行协作的感知、收集和处理，并将信息传送给接收者。无线传感网络涉及计算机和通信，人工智能、自动控制等多学科的综合技术。无线传感网络同其它的通信技术相比具有巨大的潜力，其中美国商业周刊和MIT技术评论在未来技术发展的预测报告中，将其列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的十大技术。无线传感器节点体积较小，
12、具有快速组网和抗毁性强的特点，成为一种全新的信息获取方式。在需要监测的环境中布置传感器节点，这些节点实时地对周围环境进行数据采集，经过简单的处理，通过无线传输方式发送出去，利用互联网传达给用户。利用这种传感器节点的无线传感器网络可以在任何时间、环境下有效地获取客观世界的物理信息，并通过互联网将数据共享。因为对环境数据的采集具有实时性，呈现出了真实的物质世界，所以为我们的应用和研究带来了极大地便利。因此人们对它投入了更多的关注，并将其应用在农业、医疗、工业和军事等各个领域。可以预计，无线传感器网络的广泛应用是一种必然趋势，是信息感知和采集的一场革命，将给人类的生产和生活带来深远的影响。无线传感器
13、网络因其宽广的应用前景而受到广泛的关注，而为了实现无线传感器网络的大范围覆盖，必须通过多跳中继的形式来传送数据，这就要依靠相对应路由协议的支持，因而路由协议也就成为了当前备受瞩目的研究热点。在无线传感器网络中，由于各节点自身能量资源的有限，而其数据包的输送需要以多跳的通信形式送达目的地，由此可见，路由协议不但要注意每个节点在网络中的耗能问题，而且还要注重整个网络能量的均衡消耗问题，这样才能延长整个网络的生存周期。因此选择和设计一个适合的路由算法是当前的主要任务。第1章 绪 论1.1 课题研究背景与意义无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs) 是当今信息研究领
14、域的一个新热点，无线传感器网络通常由大量密集的微传感器组成，是一种具有动态拓扑结构的自组织网络，但其网络节点的能量、计算和通信能力都比较有限。传感器网络由于其广泛的应用，使其成为当今的研究热点之一。无线传感器网络具备了快速部署、自组织以及高容错性的特征，在军事应用、医疗健康、环境科学、智能家居等上都发挥着重要的作用，从而得到了世界很多国家在军界、学术界和工业界的高度重视，成为一个公认的新兴前沿热点研究领域。无线传感器网络在电子信息研究领域是一个新的发展方向。它是多学科领域高度交叉的结果。它充分结合了微电子、现代网络及无线通信技术、嵌入式计算、分布式信息处理技术等先进技术。UCBerkeley（
15、加州大学伯克利分校）提出了利用网络连通性重构传感器位置的方法，并在其基础上研发了传感器操作系统TinyOS1。康奈尔大学、南加州大学等大学也进行了无线传感器网络在通信协议方面的相关研究，提出了基于谈判类协议（如SPIN-PP协议2、SPIN-EC协议3、SPIN-BC协议4、SPIN-RL协议5）、定向发布类协议6、能源敏感类协议、多路径类协议、介质存取类协议、传播路由类协议、基于Cluster的协议、以数据为中心的路由算法。无线传感器网络的最大的特点是传感器节点的能量十分有限并且不可补充，因此，在无线传感器网络中路由协议起着重要的作用。无线传感器网络路由协议产生的主要原因是因为其与Ad Hoc网络有较大不同： 因为传感器网络中存在许多传感器节点，而它又无法为每一个节点都创建一个自己独有的身份认证， 所以在无线传感器网络中，不能实现典型的基于IP的协议的应用；无线传感其网络是多对一通信，也就是将传感器感知的数据发送给终端用户；由于无线传感节点部署密集，因此各个节点之间感知到的信息可能相同，因此通过数据融合降低冗余的信息；传感器节点的资源有限、节点的能量有限、节点的处理能力有限，又由于在传感器网络中节点数目大、节点的位置被随机放置、要获得的感知数据量大等特点，所以网络资源需要被很好的管理。路由协议是当今无线传感器网络研究的热点之一，在无线传感器网络中，数据的传输
