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无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术,是一种全新的信息获取和处理技术,能够协作的实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到需要这些信息的用户。无线传感器网络作为一个新的研究领域,具有广泛的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。
本文重点研究了无线传感器路由协议GPSR,无线传感器网络节点数量庞大、单个节点资源极其有限,其路由协议设计的首要目标是提高能量有效性,延长网络生命周期。本文总结了无线传感器的发展历程、概念、结构、特点,分析了无线传感器的关键性技术问题及网络协议;分析和比较了目前国外学者提出的几种有代表性的路由协议及其性能和优缺点;有针对性的选择了基于地理位置信息的路由协议GPSR作为研究重点,分析了其存在的问题,并针对这些问题在原有算法的基础上提出了改进方案,并借鉴了LEACH协议的分簇思想,同时对其簇首的选择算法也进行了改进。
本论文对GPSR的改进点有如下:增加了启发式规则,即在数据传输方向上选择能量相对较大的节点作为数据的转发节点;局部优化策略,由于能量的消耗与距离的平方成正比,然后计算两边平方和与第三边平方的关系,并以此判断是否有必要进行局部优化;引入了LEACH的分层思想,便于数据的汇集融合处理;改进了LEACH的簇首的选择算法,并引入了节点度的概念,使簇的分布具有稳定性;增加了主动激发模式,当某个节点使用频率过高,就会造成该节点能量过早的消耗掉,因此需轮换其他的相对能量较大的节点,避免该节点过早的死亡。
针对上述的改进,本文采用NS2仿真工具对其改进点进行了仿真和分析。最后进行了GPSR路由协议改进算法的整体仿真,仿真结果表明,改进后的路由算法A-GPSR整体性能比原GPSR路由算法系统能耗降低,网络生命周期有了较大的提高。