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《礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)基于leach路由協(xié)議的改進(jìn)方案》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、礦井無線傳感網(wǎng)絡(luò)基于LEACH路由協(xié)議的改進(jìn)方案摘要：針對我國煤礦井下特殊的環(huán)境，基于LEACH路由協(xié)議提出新的高效，能量均衡的分簇路由協(xié)議。簇首節(jié)點選取將以鄰居節(jié)點的平均剩余能量與節(jié)點本身的剩余能量的比值，與鄰居節(jié)點的距離作為節(jié)點競爭簇頭的參數(shù)，簇內(nèi)節(jié)點均加入距離自己最近的簇頭節(jié)點；經(jīng)數(shù)據(jù)融合后的簇首節(jié)點之間通過多跳方式通信，最終將融合后的信息通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點，由有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到地面的監(jiān)控系統(tǒng)。利用NS2進(jìn)行仿真，實驗結(jié)果證明，改進(jìn)后的協(xié)議能夠均衡網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命時間，適應(yīng)煤礦井下特殊環(huán)境。1前言目前，我國煤礦采用的檢測系統(tǒng)都以工業(yè)總線作為基礎(chǔ)，井下
2、檢測系統(tǒng)與地面信息中心一般通過電纜或者光纖連接，構(gòu)成有線的檢測系統(tǒng)。但有線系統(tǒng)對線路依賴性強(qiáng)，受布線局限，且需要專業(yè)人員維護(hù)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，會使局部區(qū)域失去監(jiān)測能力。因此，有線通信其擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，靈活性存在不足，成本較高。但無線傳感網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)給煤礦監(jiān)控帶來前所未有的希望，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有放置靈活、擴(kuò)展簡便、移動性強(qiáng)、具有自組織性等特點，因此建立基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的煤礦無線監(jiān)測系統(tǒng)可以對有線監(jiān)控系統(tǒng)起到強(qiáng)大的補(bǔ)充功能，無線與有線的結(jié)合，將極大的提高全煤礦的安全監(jiān)控水平。但是，通常傳感器節(jié)點的通信距離有限，在10~100m范圍內(nèi),節(jié)點只能與其射頻覆蓋
3、范圍內(nèi)的鄰居直接通信，因此限制了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大規(guī)模范圍的應(yīng)用。現(xiàn)有的路由協(xié)議具有良好的自組織性，在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的自組織性能，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命，但大多數(shù)適合小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點的能耗分布不均衡，不適用于工作面有限異質(zhì)可變空間，并且工作面的不斷向前推進(jìn)，信息流量不均衡，對網(wǎng)絡(luò)的自組織性也提出了更高的要求。2LEACH路由協(xié)議路由協(xié)議按網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為2類：平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議。在平面路由協(xié)議中，各節(jié)點地位平等，通過局部操作和反饋信息來生成路由。平面路由缺乏對通信資源的優(yōu)化管理，對網(wǎng)絡(luò)動態(tài)變化的反應(yīng)速度較慢。在分簇路由協(xié)議中，通常對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進(jìn)
4、行層次劃分，若干地理位置相鄰的節(jié)點構(gòu)成一個簇，每個簇內(nèi)選舉一個簇首。簇首節(jié)點負(fù)責(zé)簇內(nèi)信息的收集、融合及簇間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。分簇路由便于管理，能對系統(tǒng)變化做出快速反應(yīng)，為網(wǎng)絡(luò)提供高質(zhì)量的通信服務(wù)。典型的分簇路由協(xié)議LEACH(lowenergyadaptiveclusteringhierarchy)協(xié)議是Heinzelman等人2002年提出的基于分簇的層次性路由協(xié)議，它采用分簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各節(jié)點獨立地按照一定概率決定自己是否做簇首，周期性地進(jìn)行簇首選舉和網(wǎng)絡(luò)重組，避免簇首節(jié)點能耗過多，影響網(wǎng)絡(luò)壽命。相比一般的平面協(xié)議或靜態(tài)分簇協(xié)議，LEACH可以減少網(wǎng)絡(luò)能量損
5、耗，延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。在此基礎(chǔ)上，很多人基于不同應(yīng)用提出了改進(jìn)方案，如StephanieLindsey等人提出的PEGASIS（power-efficientgatheringinsensorinformationsystems）協(xié)議，就是對LEACH協(xié)議的改進(jìn)，其基本思想是使節(jié)點僅和它們最近的鄰節(jié)點進(jìn)行通信，增加網(wǎng)絡(luò)生命時間。研究發(fā)現(xiàn)，這些分簇路由協(xié)議具有很好的自組織特性，一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)性能，延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。但在工作面上無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由信息采集端向外單向傳輸，組成的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點是一種帶狀分布、信息流量不均衡的網(wǎng)絡(luò)，會造成節(jié)點的功耗分布不均，接近出口的匯
6、聚節(jié)點數(shù)據(jù)流量大，負(fù)載重，壽命短等現(xiàn)象。另外，隨工作面的不斷向前推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將隨之變化。現(xiàn)有的路由協(xié)議無法滿足礦井下這種特殊環(huán)境。因此在LEACH路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，本文提出了一種能量平衡的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議，以實現(xiàn)節(jié)能和均衡能耗相結(jié)合。3網(wǎng)絡(luò)模型3.1假設(shè)為增加模擬工作面的真實性，我們將仿真場景大小設(shè)置為長帶狀區(qū)域，N個節(jié)點隨機(jī)的布置在該區(qū)域。節(jié)點需滿足以下條件：1所有的節(jié)點具有相同的且與無線電信號在各個方向上能耗相同，各節(jié)點的初始能量相等且能量有限，能感知自己的剩余能量，且具有功率控制能力可以改變發(fā)射功率，從而控制發(fā)送的距離，每個節(jié)點都具
7、有足夠的計算能力支持不同的MAC協(xié)議和數(shù)據(jù)處理。2所有節(jié)點的通信距離不超過節(jié)點的有效通信距離3sink節(jié)點是固定放置在巷道的末端，且有持續(xù)的電源供給4相鄰節(jié)點采集的數(shù)據(jù)具有較高的相關(guān)性，可進(jìn)行數(shù)據(jù)融合5所有節(jié)點時間同步3.2具體的能量公式該模型考慮了發(fā)射電路的發(fā)射能量、接收電路接收能量,且能量損耗與傳輸距離有關(guān)。發(fā)射機(jī)發(fā)射m比特消息消耗的能量為：（1）接收機(jī)接收m比特消息消耗的能量為：(2)為發(fā)射m比特數(shù)據(jù)所消耗的能量，為收到m比特數(shù)據(jù)所消耗的能量，為傳輸距離，為每發(fā)送或接收1比特數(shù)據(jù)傳輸所消耗的能量，為自由空間常數(shù)，為多路徑衰落傳輸常數(shù)，和與所采用的輸信
8、道模型有關(guān)。為傳輸距離的門限值，當(dāng)傳輸距離大于時數(shù)據(jù)傳輸?shù)南南喈?dāng)
