无线传感器网络的能量有效路由协议研究

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1、浙江大学信息科学与工程学院硕士学位论文无线传感器网络的能量有效路由协议研究姓名：李磊申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程指导教师：黄爱苹20080501浙江大学硕士学位论文摘要无线传感器网络是由大量随机布撒在监控区域内的传感器节点，通过无线通信方式形成的多跳自组织网络系统。由于传感器节点自身所携带的能量非常有限，因此如何有效地利用节点能量，提高网络生命周期是无线传感器网络路由协议的重要研究课题之一。本文以协议的能量有效性为目标，着重研究了无线传感器网络的路由技术。首先对无线传感器网络体系结构、特点及关键技术进行介绍，并根据具体应用需求的不同，对现有的典型路由协议进行分类，分析了各自不同的

2、设计思想及特点。分簇协议可通过数据融合，有效地减小对冗余数据的发送，但其典型协议LEACH存在簇头随机选择和簇间通信代价大的问题。本文针对LEACH协议的缺陷，提出了两种改进算法：MST-LEACH和MDT-LEACH。两种算法均采用自行提出的簇头选择策略，即将节点剩余能量转化为等待时延，剩余能量不同的节点成为簇头的优先级也不同，由此保证每块区域均由能量最充足的节点作为簇头，且簇头均匀分布。簇间通信采用多跳模式，并根据数据融合程度来决定路由：当簇间需要数据融合时，采用最小生成树进行多跳通信(即MST-LEACH)：当簇间不需要数据融合时，采用最短距离树进行多跳通信(即MDT-LEACH)。

3、仿真证明，两种改进算法比LEACH协议具有更高的能量效率。针对分簇存在的簇头依赖性问题，本文提出了一种环状网络拓扑，并基于该拓扑设计了一种可靠并且能量有效的环状路由算法RHR。该协议将网络划分为多个同心圆环，使关键节点分布合理；在各环的关键节点之间维护多跳路径，以减小环间的通信能耗；对关键节点进行有序轮换，使能耗更加均衡；每个节点与多个关键节点相联系，可选择一个能量最优的关键节点来转发数据，避免了对单个簇头的依赖性。进而针对周期性均匀产生数据流量的应用，对网络参数进行理论推导，并对其更新周期进行优化。仿真证明，RHR协议可有效地降低通信能耗，延长网络生命周期，尤其适合大规模的无线传感器网络

4、。为了解决多跳网络中存在的“漏斗”效应，改善节点的能耗均衡性，本文提出了一种冗余簇头优化配置的多跳路由算法。该算法将簇头节点组成Mesh网络，基于该网络推导了各种通信模式的能耗，证明多跳通信能耗最低；然后基于多跳模式进行冗余簇头的优化配置，在每个簇头位置处放置多个冗余簇头，按负荷来计算冗余簇头的数目，通过周期性轮换工作来提高簇头节点的能耗均衡性。仿真证明，该协议可有效地均衡网络中的节点平均能耗，延长网络的生命周期。关键词：无线传感器网络，能量有效，路由协议，LEACH，数据融合。浙江大学硕士学位论文AbstractWirelesssensornetworksconsistofmassive

5、sensornodeswhicharerandomlydeployedinmonitoringregion，formingmulti-hopself-organizednetworksystemsthroughwirelesscommunication．Duetothelimitedenergyofsensornodes，howtoeffiectivelyuseenergytoprolongnetworkslifetimeisoneofthemostimportantresearchtopicsforsensornetworks．Weemphasizeonwirelesssensornet

6、worksroutingtechnologyaimingtoimprovetheenergyefficiency．Atfirst，weinvestigatethesystemstructure，thecharacteristicandthekeytechnologiesofwirelesssensornetworks．Accordingtospecificapplicationdemandsinwirelesssensornetworks，weclassifytheexistingtypicalroutingprotocols，andanalyzedtheirdesigncharacter

7、istics．Theclusteringprotocolscalldecreasethetransmissionofredundantdataandincreaseenergyefficiencythoughdataaggregration．LEACHisatypicalclusteringprotocol，andithassomedisadvantagessuchasrandomselectionofclusterhe