基于分簇的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn)

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1、分類(lèi)號(hào)：ＴＰ３９３單位代碼：１０１８３研究生學(xué)號(hào)：２０１３５２４０１９密級(jí)：公開(kāi)參古林大學(xué)瑚女學(xué)位論文專(zhuān)業(yè)學(xué)位（）基于分簇的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn)ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＩｍｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎＲｏｕｔｉｎＰｒｏｔｏｃｏｌｓｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓｐｇＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋｓＢａｓｅｄｏｎＣｌｕｓｔｅｒ作者姓名；蘇真真類(lèi)別；工程碩±領(lǐng)域（方向）；電子與通信工程指導(dǎo)教航董穎副教授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(shū)面授權(quán)

2、，依法收存和保管本論文書(shū)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)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、發(fā)巧、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）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩女學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：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)行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)人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中Ｗ明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明

3、的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名；茶ＩＩ曰期：又。｜擊年月曰５＾基于分簇的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn)ResearchandImprovementonRoutingProtocolsofWirelessSensorNetworksBasedonCluster作者姓名：蘇真真領(lǐng)域（方向）：電子與通信工程指導(dǎo)教師：董穎副教授類(lèi)別：工程碩士答辯日期：2016年6月5日摘要基于分簇的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的研究與改進(jìn)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks,WSN)是由大量的靜止或移動(dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)以

4、自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸三種功能。由于低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應(yīng)用于在軍事、航空、防爆、救災(zāi)、環(huán)境、醫(yī)療、保健、家居、工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)，為了獲取精確信息，在監(jiān)測(cè)區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)，可能達(dá)到成千上萬(wàn)，甚至更多。傳感器節(jié)點(diǎn)主要分為通信模塊，感知模塊和計(jì)算模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗主要集中在CPU和無(wú)線(xiàn)收發(fā)器上。在一般情況下，無(wú)線(xiàn)通信耗能相對(duì)較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸消耗的能量占整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)能量消耗的80%。然而，傳感器節(jié)點(diǎn)

5、通常是通過(guò)電池來(lái)進(jìn)供電的。換句話(huà)說(shuō)，傳感器節(jié)點(diǎn)部署完成后很難進(jìn)行電池的更換。因此，如何保障無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗平衡，延長(zhǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)有效工作的生命周期是研究的主要問(wèn)題之一。本文對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議展開(kāi)研究，主要對(duì)典型的平面路由協(xié)議和分簇路由協(xié)議從性能參數(shù)方面進(jìn)行分析對(duì)比，最終選擇經(jīng)典的分簇路由協(xié)議——LEACH進(jìn)行研究與改進(jìn)。從節(jié)省節(jié)點(diǎn)剩余能量，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期和提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸能力等方面，做出以下研究工作：(1)提出了一種基于節(jié)點(diǎn)能量和位置的LEACH改進(jìn)算法(LEACH-E-D)。該算法引入了兩個(gè)主要參數(shù)節(jié)點(diǎn)的剩

6、余能量(E)和臨時(shí)簇內(nèi)的平均距離(D)，分別用來(lái)選擇臨時(shí)簇頭和最終簇頭。并用OMNET++4.0進(jìn)行仿真，在相同節(jié)點(diǎn)數(shù)的情況下，LEACH-E-D算法的網(wǎng)絡(luò)平均剩余能量明顯高于LEACH。同時(shí)LEACH-E-D的網(wǎng)絡(luò)生命周期比LEACH算法的網(wǎng)絡(luò)生命周期增加了50s左右。而且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的逐漸增加，這種優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。在節(jié)點(diǎn)數(shù)為100時(shí)，采用LEACH-E-D算法，大約能將網(wǎng)絡(luò)壽命延長(zhǎng)75s。所以，LEACH-E-D能使簇頭分布更均勻，均衡了網(wǎng)絡(luò)中各簇頭的負(fù)載，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命周期。(2)提出了一種基于多路徑和能量的LEACH改進(jìn)算法(M

7、E-LEACH)。該算法對(duì)簇頭的選擇機(jī)制進(jìn)行了優(yōu)化，考慮了節(jié)點(diǎn)能量，又同時(shí)判斷簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)的距離。當(dāng)某些簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)與sink節(jié)點(diǎn)距離較近時(shí)，則不需經(jīng)過(guò)簇頭節(jié)點(diǎn)，而是直接和sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息傳遞。仿真工具用OMNET++4.0，并結(jié)合MATLAB繪圖，仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的ME-LEACH算法相比LEACH，開(kāi)始出現(xiàn)第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間推遲大約700輪，50%的節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間推遲大約900輪，I全部節(jié)點(diǎn)死亡的時(shí)間推遲了900輪左右。與LEACH相比，ME-LEACH將全部節(jié)點(diǎn)死亡時(shí)間向后推遲，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定

8、性得到很大提高。同時(shí)，相同運(yùn)行輪數(shù)的情況下，ME-LEACH算法的sink節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于LEACH。ME-LEACH在2800輪左右時(shí)，sink節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)包已經(jīng)達(dá)到飽和，數(shù)目約為L(zhǎng)EACH的6倍。關(guān)鍵詞