无线传感器分簇路由协议的研究与应用

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSN)是一种新型的无基础设施的无线网络,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,通过无线通信方式把信息传送到信息汇聚点。WSN不需要固定的网络支持,具有快速展开、抗毁性强等特点,具有十分广阔的应用前景。该项新技术引起了学术界和工业界的高度重视。本文以智能交通中高速公路监测为应用背景,针对无线传感器网络路由在智能交通应用中所遇到的问题进行研究和改进。智能交通中无线传感器网络路由协议设计的首要目标是有效节约能源,延长网络生命周期。本文对现有的无线传感器网络路由协议进行分析研究,针对这些协议存在的整体能耗高、网络生命周期短等缺点,在LEACH路由协议基础上,对LEACH路由协议进行了改进,改进后的路由协议称为LEACH-PLUS。在LEACH-PLUS中,分别在簇头选择算法、固定簇区域和优化簇头选择阈值三个方面对LEACH进行了改进。(1)针对LEACH的簇头选择过程,提出了簇头替换算法:在系统初始化阶段,成功当选簇头的节点选择符合一定条件的节点成为簇头候选节点,并将这些节点放入簇头候选列表;簇头更替的时候,旧的簇头从候选节点列表中选择一个节点成为新的簇头;当簇头和候选簇头节点能量小于设置的阈值时,从簇内重新选举簇头。这样做可以避免所有节点参与竞选簇头和簇头发送广播消息通知簇成员的步骤,降低节点的能耗。(2)对LEACH中的阈值T(n)引入了剩余能量的要素,这样剩余能量比较低的节点成为簇头的可能性就会降低。(3)LEACH-PLUS协议采用簇固定的算法,通过划分并固定簇区域,形成优化的簇结构,将节点间的通信局限在局部范围内。(4)经过NS2仿真平台的测试,改进后的路由协议LEACH-PLUS使得整个网络在较低的能耗水平下获得了较长的生命周期,具有较好的能量优化特性。
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