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随着物联网建设进程的推进,无线传感器网络的研究被推向了一个新的高潮。无线传感器网络是一门交叉的前沿学科,人们可以通过无线传感器网络感知客观世界,扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。这也预示了无线传感器网络在军事、国防、生物科学、生态环境、医疗健康以及气象预报等领域有着巨大的应用潜能,开展此项前沿科技的研究,对国家发展具有重大的战略意义。
因为无线传感器网络自身独有的特性,传感器节点的能量有限而又不能得到供给,所以在传感器节点的能量有限的前提下延长网络的生存周期一直是无线传感器网络研究的指导思想。路由协议的设计对无线传感器网络的生存周期有着重大的影响,所以路由协议的设计必须以延长网络生存周期为指导思想。
本文首先介绍了作为无线传感器网络关键技术之一的路由协议的发展背景,概括描述了无线传感器网络的概念和系统结构,以及无线传感器网络的主要技术,并概要介绍了无线传感器网络各种路由协议。详细分析了LEACH协议的工作流程,并建立仿真模型对LEACH协议进行仿真分析,发现其不足。
本文的重点是在分析LEACH协议不足的基础上,提出了一种基于分簇与分层相结合的无线传感器路由协议改进算法。该算法改进的主要思路是:优化簇头选举策略、添加新的簇更新方式、研究基于最优簇成员数量的簇规模控制方法以及研究基于分层的簇头节点多跳传输方法。
最后,本文基于NS2仿真工具,比较分析了改进协议与LEACH协议的性能,结果表明,基于分簇与分层相结合的无线传感器网络路由协议在网络生存周期、网络数据可靠性以及网络能量消耗方面都优于LEACH协议。