基于leach協(xié)議改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)能耗均衡路由算法

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1、分類號(hào)：TN92單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2013524034密級(jí)：公開吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（專業(yè)學(xué)位）基于LEACH協(xié)議改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)能耗均衡路由算法AnImprovedBalancedEnergyConsumptionRoutingAlgorithmforInternetofThingsBasedonLEACHProtocol作者姓名：張現(xiàn)利類別：工程碩士領(lǐng)域(方向)：電子與通信工程指導(dǎo)教師：錢志鴻教授培養(yǎng)單位：通信工程學(xué)院2016年6月未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何單位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容

2、進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否貝１Ｊ，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩±學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重蘆明：所呈交學(xué)位論文，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)巧研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的硏究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中（明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名：來幫＾禾Ｉ日期：＞化年ｔ月７口基于LEACH協(xié)議改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)能耗均

3、衡路由算法AnImprovedBalancedEnergyConsumptionRoutingAlgorithmforInternetofThingsBasedonLEACHProtocol作者姓名：張現(xiàn)利領(lǐng)域(方向)：電子與通信工程指導(dǎo)教師：錢志鴻教授類別：工程碩士答辯日期：2016年6月5日摘要基于LEACH協(xié)議改進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)能耗均衡路由算法隨著物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略發(fā)展的提出，物聯(lián)網(wǎng)所涉及的多種關(guān)鍵技術(shù)均在不同程度上引起了研究者的注意，如作為物聯(lián)網(wǎng)重要的感知層技術(shù)——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)歷了多年的獨(dú)立發(fā)展后又重新得到了研究者的青睞。物聯(lián)網(wǎng)向來都是依靠感知層網(wǎng)絡(luò)來完成信息獲取

4、和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，而?shù)據(jù)傳輸大都依賴于路由協(xié)議，因而針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知層的路由協(xié)議來開展研究無疑可以推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和進(jìn)步。經(jīng)過研究者們的不懈努力，多種面向物聯(lián)網(wǎng)的路由協(xié)議被提出，然而這些協(xié)議大多都是針對(duì)特定的應(yīng)用環(huán)境所提出的，且只能改善網(wǎng)絡(luò)中的某些特定性能，并不能照顧到網(wǎng)絡(luò)中的方方面面。故本文經(jīng)過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議研究現(xiàn)狀進(jìn)行詳盡的分析和總結(jié)后，并重點(diǎn)考慮到物聯(lián)網(wǎng)的能耗、負(fù)載均衡及大規(guī)模問題，決定從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的LEACH路由協(xié)議入手來進(jìn)行研究。本文全面地介紹了LEACH協(xié)議的工作過程并總結(jié)了該協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，且針對(duì)其面向物聯(lián)網(wǎng)所存在的缺點(diǎn)，作出了相應(yīng)

5、的改進(jìn)。LEACH協(xié)議公平競(jìng)選簇首并經(jīng)簇首轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)至基站的方式有效地節(jié)省了能耗，且采用分布式計(jì)算的機(jī)制加快了網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)急反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，魯棒性好。但是，其隨機(jī)選取簇首的方式易出現(xiàn)分簇不均勻、簇的大小不協(xié)調(diào)等問題，且網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不同其所需的分簇個(gè)數(shù)也應(yīng)有所區(qū)別，這些問題均會(huì)不同程度地影響網(wǎng)絡(luò)的能耗問題，故本文基于LEACH協(xié)議進(jìn)行研究和改進(jìn)，為更大程度地節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗，提出了三個(gè)改進(jìn)點(diǎn)：1．針對(duì)簇首數(shù)目難確定的問題，提出了一種新的計(jì)算最優(yōu)簇首數(shù)目的方法。通過最小化簇的形成階段和穩(wěn)定傳輸階段的總能耗的方法得到最優(yōu)簇首數(shù)目，可使網(wǎng)絡(luò)更加合理地進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和傳輸，進(jìn)而充分發(fā)揮LE

6、ACH分簇算法的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。2．針對(duì)分簇不均勻及能耗不合理的問題，提出了一種新的基于K-Means聚類算法的LEACH分簇算法。在聚類中心更新處，采用截尾平均數(shù)的計(jì)算方法，以彌補(bǔ)原K-Means聚類算法對(duì)離群數(shù)據(jù)敏感的不足，使分簇更加均勻；為使每次得到的分簇結(jié)果能耗最小，引入新的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)度函數(shù)，從而使該分簇方法更節(jié)能。3．針對(duì)隨機(jī)選取簇首容易導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)過早死亡的問題，提出了一種新的簇首選取算法。在穩(wěn)定的聚類中心處，根據(jù)簇首節(jié)點(diǎn)的剩余能量以及簇首節(jié)點(diǎn)與聚類中心及基站的距離來選取合適的簇首，以達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)的負(fù)載均衡的目的。最后，本文對(duì)新提出的最優(yōu)簇首數(shù)目進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并證實(shí)

7、了算法的有效性。對(duì)原LEACH算法、原LEACH-K算法及改進(jìn)后的LEACH-KDE算法進(jìn)行了仿真分析和對(duì)比。經(jīng)驗(yàn)證得知，選取合適的簇首數(shù)目在一定程度上節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)能耗、延長(zhǎng)I了節(jié)點(diǎn)存活時(shí)間；且LEACH-KDE算法不但使分簇更加均勻化，而且其在節(jié)點(diǎn)存活時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)生命周期等方面都要優(yōu)于原算法。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)，路由協(xié)議，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，LEACH，K-MeansIIABSTRACTAnImprovedBalancedEnergyConsumptionRoutingAlgorithmforInternetofThingsBasedonLEACHProtocolWitht

8、hedev