基于LEACH的聚类分层树路由算法研究

摘要

无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）[1]是大量的传感器节点通过无线通信的方式构成的自组织的多跳网络系统，它能够实时监测、感知和采集网络监测区域内的各种目标对象的信息，有着广泛的应用前景，被称为21世纪最有发展前景的技术之一。路由协议作为无线传感器网络的网络层核心技术，是当今国内外研究的热点。 针对无线传感器网络不同于传统无线网络的特征，人们对无线传感器网络路由协议做了大量研究。本文对现有的无线传感器网络路由协议分类分析，探讨了各路由协议的实现特点和性能，根据无线传感器路由协议设计应考虑的关键因素，提出了基于LEACH的聚类分层树路由算法CHT_LEACH（Clustering Hierarchy Tree routing algorithm based on LEACH），该路由算法在簇形成阶段和簇间通信阶段对LEACH协议做了改进。 在簇形成阶段，针对LEACH协议簇首分布不均匀、未考虑簇首剩余能量的问题，本文提出了候选簇首、最终簇首的概念。由LEACH协议簇首形成机制产生的簇首是候选簇首，在一个簇半径R范围内剩余能量最大的候选簇首成为最终簇首，由最终簇首负责簇内数据的融合和转发，该算法通过候选簇首到最终簇首的选择，不仅避免了LEACH协议中两个或多个簇首聚在一起的问题，而且考虑了簇首节点的剩余能量，使剩余能量较大的簇首均匀地分布到整个网络区域中，从而避免了传输冗余数据和簇首节点过早死亡。 在簇间通信阶段，针对LEACH协议中簇首以单跳形式发送数据到基站的问题，本文提出各簇首形成以BS为根的分层树，各簇首节点根据节点与BS的距离和剩余能量择优选择父节点，将簇内成员及孩子节点的数据融合后发给自己的父节点，依次类推，直到数据到达BS。数据以分层树式的路由到达节点BS，缩短了簇首传输数据的距离，极大地节省了簇首节点的能量，从而延长了整个网络的生命周期。 本文通过理论分析和OMNET++仿真实验，证实了CHT_LEACH算法在节点能耗，节点剩余能量和能耗均衡性方面比LEACH协议有很大改善。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2本文的研究内容与具体目标

1.3论文结构

第2章无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络的历史和发展现状

2.2无线传感器网络的应用领域

2.3传感器网络的体系结构

2.3.1传感器网络结构

2.3.2传感器节点结构

2.3.3传感器网络协议栈

2.4传感器网络的特征

2.5本章小结

第3章无线传感器网络路由协议分析

3.1无线传感器网络协议概述

3.2现有无线传感器网络协议分析

3.2.1洪泛式路由

3.2.2分簇式路由

3.2.3基于位置信息的路由

3.2.4以数据为中心的路由

3.2.5定向扩散路由算法

3.3路由协议性能评价及比较

3.4无线传感器网络路由协议设计要考虑的因素

3.5本章小结

第4章基于LEACH的聚类分层树路由算法CHT_LEACH

4.1算法的主要思想及抽象模型

4.2算法的相关工作

4.3算法的详细描述

4.3.1簇的形成

4.3.2簇首节点形成树

4.3.3数据传输

4.4算法的性能分析

4.5本章小结

第5章CHT_LEACH算法仿真与实验结果分析

5.1 OMNET简介

5.1.1 OMNET++的基本组件

5.2网络仿真模型

5.3仿真结果分析

5.4本章小结

第6章结束语

参考文献

致谢

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