一种能量均衡的无线传感器网络多跳分簇路由算法

摘要

物联网最近两年在我国迅猛发展，无线传感器网络被形象的比喻成物联网的神经术梢，作为物联网的主要技术之一也得到了迅猛发展，我国也把这项技术列入了长期科技发展规划中。能量问题伴随着无线传感器网络的产生便一直存在，在不影响网络正常工作的条件下，如何最大限度的节约能量延长网络的工作时间一直是研究的热点。路由协议作为该网络的支撑技术之一，既要解决数据传输问题，也要考虑能量消耗及实际需求。
　　本文通过分析现有的无线传感器网络的路由协议的优缺点，重点分析经典的分簇路由协议——低功耗自适应聚类分簇路由协议LEACH(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy)及其相关改进协议，在此基础上对LEACH协议提出了改进。主要工作如下:
　　1.介绍了无线传感器网络的特点及性能评价指标，研究了设计路由协议的关键问题和几种典型的路由协议。深入分析了LEACH协议及其改进协议的优缺点，并将几种典型的路由协议进行了对比。
　　2.对蚁群算法及特点进行了介绍，研究了蚁群算法的工作原理，分析了蚁群算法应用于无线传感器网络的优势。
　　3.通过分析LEACH协议的不足，对其从三方面进行改进:在数据传输阶段，针对LAECH中所有节点需要与汇聚节点直接通信的限制，引入改进的蚁群算法优化簇头到基站的多跳路径;在簇头的选取阶段，簇头的能耗较大且是随机选取的，引入能量和密度因子对簇头选取进行加权优化;引入多级架构，通过分析计算最优簇头数，引入邻居节点，对已经选好的簇头在邻居节点中进行竞争二次选取簇头，进一步分担簇头的能耗，均衡网络的能耗。
　　结合以上的研究工作，在MATLAB中对改进的算法进行仿真实验，结果表明改进算法能够有效地均衡网络中节点的能耗，延长网络的工作寿命，扩展了LEACH的覆盖范围，改进算法的性能优于LEACH、LEACH-m及DEEC。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 无线传感器网络简介

1．2 选题背景及意义

1．3 主要研究工作

1．4 论文结构

第2章 WSN路由协议

2．1 WSN特征

2．2 WSN性能指标

2．2．1 网络的工作寿命

2．2．2 网络的覆盖范围

2．2．3 网络的搭建成本和难易程度

2．2．4 网络响应时间

2．3 路由协议设计关键问题

2．4 典型的路由协议

2．4．1 平面路由协议

2．4．2 层次路由协议

2．5 平面路由协议与层次路由协议比较

2．6 本章小结

第三章 蚁群算法描述

3．1 蚁群算法基本原理

3．2 蚁群算法特点

3．3 蚁群算法具体描述

3．4 蚁群算法应用于WSN的优势

3．5 本章小结

第4章 LEACH改进算法

4．1 问题的提出

4．2 改进基本思想

4．3 具体改进步骤

4．3．1 簇头选取的改进

4．3．2 多跳路径的选择

4．3．3 引入多级架构

4．4 仿真结果及分析

4．5 本章小结

第5章 基于ZigBee的实际组网

5．1 ZigBee介绍

5．1．1 什么是ZigBee

5．1．2 ZigBee和IEEE802．15．4的关系

5．1．3 ZigBee的特点

5．1．4 ZigBee的应用领域

5．2 开发环境

5．3 基于LEACH协议的组网设计

5．3．1 系统操作流程

5．3．2 协调器和普通节点编辑

5．3．3 实际测试

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢

附录