无线传感器网络路由协议与算法的优化与研究

论文摘要

无线传感器网络作为一种新型信息获取技术,己成为通信领域的一个研究热点,具有较为广阔的应用前景。但由于传感器节点大多采用电池供电,节点的能量受到较大限.制,因此,网络中节点的能量消耗成为了研究的首要问题,如何设计低能耗的传感器网络路由算法成为了一项艰巨的任务。针对无线传感器网络路由协议中目前存在的问题,本文详细分析了两种低能耗经典的路由协议LEACH及PEGASIS的各自特点及运行机制,并对LEACH改进协议LEACH-energy作了比较深入的理解和剖析。最后本文提出了基于LEACH-energy和PEGASIS改进的新的路由算法APLe （Adaptive PEGASIS & LEACH-energy）。APLe算法是按照周期性执行的,其执行的单位为“轮”,在每一轮通信周期中其主要包括簇的建立和稳定的数据传输两个阶段。在簇的建立阶段中其先采用类似LEACH协议的随机成簇策略,然后再将簇内剩余能量最大的节点选为最终的“领导节点”,最后在每个簇内按照PEGASIS算法生成链式结构。因此,该算法既体现了PEGASIS协议在节约能耗方面的巨大优势,又采用LEACH-energy的静态分簇的思想,很好的解决了PEGASIS协议的网络传输时延较大和单个“领导节点”与Sink通信的瓶颈问题。最后本文从网络存活的节点数目、网络时延及网络能耗等方面进行了实验仿真和分析,结果表明,APLe算法能有效的延长网络生命期,节省网络能耗,较好地解决了LEACH-energy和PEGASIS算法上的不足。达到了算法改进的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络（WSN）概念
• 1.1.2 传感器网络的发展与现状
• 1.2 无线传感器网络特点
• 1.2.1 与传统无线网络的比较
• 1.2.2 与Ad hoc网络区别
• 1.2.3 无线传感器网络自身特点
• 1.3 无线传感器网络体系结构
• 1.3.1 传感器网络拓扑结构
• 1.3.2 无线传感器网络节点组成
• 1.3.3 传感器网络协议栈
• 1.4 无线传感器网络主要应用
• 1.5 本文的研究内容及主要工作
• 2 无线传感器网络路由协议的研究
• 2.1 引言
• 2.2 无线传感器网络路由协议的性能指标
• 2.3 无线传感器网络路由协议分类
• 2.4 无线传感器网络经典路由协议
• 2.5 无线传感器网络路由协议比较
• 2.6 本章小结
• 3 LEACH及其改进的路由协议分析与研究
• 3.1 LEACH协议概述
• 3.1.1 LEACH网络模型及算法假设
• 3.1.2 LEACH具体算法描述
• 3.2 LEACH-energy算法
• 3.2.1 LEACH-energy网络模型及算法假发
• 3.2.2 LEACH-energy具体算法描述
• 3.3 PEGASIS算法
• 3.3.1 贪婪算法概述
• 3.3.2 PEGASIS网络模型及算法假设
• 3.3.3 PEGASIS具体算法描述
• 3.4 本章小结
• 4 PEGASIS与分簇算法结合的研究与改进
• 4.1 基于PEGASIS与LEACH-energy协议的改进
• 4.1.1 PEGASIS与LEACH-energy协议优缺点分析
• 4.1.2 PEGASIS与LEACH-energy改进方案
• 4.2 APLe算法介绍
• 4.2.1 APLe网络模型及算法假设
• 4.2.2 APLe具体算法描述
• 4.2.3 最优划分簇数的计算
• 4.2.4 算法分析
• 4.3 本章小结
• 5 算法仿真工具简介与实验分析
• 5.1 仿真工具简介
• 5.1.1 MATLAB的概括
• 5.1.2 MATLAB产生与发展
• 5.1.3 MATLAB主要特点
• 5.2 仿真及结果分析
• 5.2.1 参数设置
• 5.2.2 仿真结果与分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来工作及展望
• 致谢
• 参考文献