无线传感器网络中基于协同的LEACH协议研究

论文摘要

无线传感器网络是一种新型的自组织网络,随着电子技术、传感技术以及通信技术的发展,无线传感器网络得到了迅猛的发展,无论是在军事还是民用领域都得到了广泛的应用。与传统的网络相比,无线传感器网络具有很多特点：首先,传感器网络通常被应用在环境比较恶劣或者人员不易到达的地区；其次,节点的体积和能量非常有限,而且通常是通过虚电池供电,电池不易更换；最后,节点分布的非常稠密,每个节点维护全局信息是不可能的。基于以上特点,能效便是我们在研究路由协议时首先要考虑的问题,因此设计高能效的路由协议是无线传感器网络研究的关键问题之一。为了节省无线传感器网络的能量消耗,延长网络寿命,本文的主要工作就是分析和研究无线传感器网络的路由协议。首先,本文分析了无线传感器网络的结构、特点以及关键技术。其次,论文对现存的一些典型路由协议进行分析,在此基础上,对他们的特点进行了比较。再次,对协同通信技术及其密切相关的空时编码技术进行分析和讨论。最后,重点分析LEACH、LEACH-MH和LEACH-COOP协议,LEACH协议采用单跳的路由方式,导致远端簇头节点传输数据消耗的能量过大,造成网络能耗不均；LEACH-MH协议是基于LEACH的簇头多跳传输协议,远端的簇头节点不直接和汇聚节点进行通信,而是通过中间簇头节点进行传输,该协议虽然节省了远端节点的能耗,但是却导致中间簇头节点的能耗增加,而且频繁的路由选择和更新也会带来部分能量消耗。LEACH-COOP是一种基于协同的LEACH协议,把协同技术引入到LEACH协议中,簇头节点不直接向汇聚节点发送数据,而是通过选取的协同节点来进行发送,这样不仅可以均衡网络中节点的能量消耗,而且没有频繁的路由更新所产生的能耗。为了验证LEACH-COOP协议的优越性,使用MATLAB对这三种协议进行了仿真,结果显示LEACH-COOP协议不仅减少的平均的节点能耗,而且还延长了整个网络的寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的结构
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.2 传感器节点结构
• 2.1.3 无线传感器网络协议栈结构
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传感器网络路由协议分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议的分类
• 3.2 典型路由协议分析
• 3.2.1 Flooding协议
• 3.2.2 Gossiping协议
• 3.2.3 SPIN协议
• 3.2.4 Directed Diffusion 协议
• 3.2.5 LEACH 协议
• 3.2.6 PEGASIS协议
• 3.2.7 TEEN协议
• 3.2.8 SPEED协议
• 3.3 各个路由协议的分析比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 协同通信和空时编码
• 4.1 协同通信
• 4.2 空时编码
• 4.2.1 分层空时码（LSTC）
• 4.2.2 空时网格码（STTC）
• 4.2.3 空时分组码（STBC）
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于协同的LEACH协议分析
• 5.1 LEACH协议
• 5.1.1 建立阶段
• 5.1.2 稳定传输阶段
• 5.1.3 LEACH算法的特点
• 5.2 LEACH-MH协议
• 5.2.1 算法描述
• 5.2.2 LEACH-MH算法的特点
• 5.3 基于协同的LEACH传输策略
• 5.3.1 LEACH-COOP算法描述
• 5.3.2 协同节点的选择及能量模型
• 5.4 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在硕士期间发表的文章