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无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理、传输技术,通常包含大量的自组织成多跳无线网络的分布式传感节点。由于无线传感器网络具有组网快捷、灵活,且不受有线网络约束的优点,可广泛用于紧急搜索、灾难救助、军事、医疗等环境中,因而具有广泛的应用前景。无线传感器网络作为现代通信技术中一个新的研究领域,引起了学术界和工业界的高度重视。 本文主要研究无线传感器网络路由协议的设计。无线传感器网络节点数量庞大、单个节点资源极其有限,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。同时,由于无线传感器网络在大量应用场合中面临严格的安全要求,但现存的各种路由协议设计时普遍缺乏安全方面的考虑,为此需要加以改进或重新设计。对网络的能效和安全性综合加以考虑,设计出适合于无线传感器网络低能耗特点的安全路由协议,具有很高的研究价值。 作者分析和比较了针对无线传感器网络的路由协议和降低能耗的策略,借鉴其中的优秀思想,选择了LEACH协议作为研究重点,提出了自己的改进思路,概括起来有以下三点: 1)以加强现有LEACH协议的安全性能为出发点,有针对性地提出了一个具体的安全解决方案。 2)设计了一个完整的适用于LEACH等分簇路由协议的安全融合算法(简称S-LEACH),并详细分析了该算法的设计思想和操作过程。该算法可同时带来网络能效和安全性能的提升。通过仿真测试,结果证明S-LEACH基本达到了设计要求,当无线传感器网络采集到的数据有较大冗余性时性能有显著提高。 3)原先的LEACH协议采用单一的连续数据发送模式和簇内单跳路径选择的通信模式,局限性较大。为此提出在簇形成之后采用一种考虑节点寿命的多跳路由算法(简称LTCMR)进行簇内通信,在合适的仿真场景下,两种通信方式的测试结果表明:LTCMR算法在负载均衡方面有很大改善,可有效延长网络生命周期,并且节点在合适的分布场景下能达到较高的多跳寻径成功率。同时简要提出了在LEACH协议中引入查询驱动模式的设计思路。