无线传感器网络路由协议的研究与设计

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无线传感器网络以一种“无处不在的计算”的新型计算模式,成为连接物理世界、数字虚拟世界和人类社会的桥梁,它在军事、民用、环境、医疗、工业等众多领域都有广泛的应用前景,也是国际上信息领域的研究热点和竞争的焦点。由于无线传感器网络在能源、存储空间、计算和通信能力方面的局限性,使得提高网络的能量利用率、延长网络的生存时间成为无线传感器网络研究的关键问题。因此在满足低能耗的同时,对路由协议的研究也成为了新的研究热点。  本文首先对无线传感器网络进行简要的介绍和分析,包括无线传感器网络的体系结构、主要特点、关键技术以及面临的安全问题等。接着对现有的无线传感器网络典型的路由协议进行了分析比较,以低功耗自适应分簇路由协议LEACH作为主要研究对象,详细分析了LEACH协议的工作原理、工作流程及其存在的问题。主要针对LEACH协议中簇头在网络中分布不均,节点能量不均衡以及簇间不能直接通信的问题进行了改进。  针对LEACH协议的不足,本文提出了一种基于节点地理位置信息和剩余能量的无线传感器网络路由算法LEACH-H,该算法通过引入虚拟网格和节点剩余能量思想,来解决网络中簇头分布不均和网络负载不均衡的问题;同时在节点间引入单跳与多跳相结合的通信方式,并在簇结构中增加了一种新的节点:簇间汇聚节点,负责汇聚转发网格下层簇头发送的数据,使簇头减少了数据转发量和转发次数,以达到节省网络能耗,使网络能耗更均衡的目的。  最后本文对改进前后的算法和其它两种同类算法进行了仿真对比实验,经过分析和比较仿真结果,表明改进后的算法LEACH-H在节点的能量消耗、网络的生命周期等方面都比同类三种算法有更突出的表现。验证了LEACH-H算法比其它同类算法具有更好的性能,达到了本文研究的预期目标。
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