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集成了传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,也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,传送到需要这些信息的用户。作为未来十大新兴技术之一,无线传感器网络具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。
本研究得到了华南农业大学校长基金项目“无线传感器网络分簇算法与旱情监测系统研究”(2006X009)的资助与支持。
论文首先对传感器网络的体系结构、概念及特点进行了介绍,分析和展望了一些有价值的应用领域;然后对传感器网络的拓扑控制及路由协议进行了综述,分析了路由协议的分类并对几种典型路由协议进行了详细的介绍;最后在LEACH协议基础上进行算法的改进。
本文主要研究无线传感器网络的分簇式路由算法的设计。有针对性地选择了典型的分簇式路由协议——LEACH作为研究对象,分析其优缺点并在此基础上提出自己的改进思路。原有的LEACH协议采用簇头节点随机选取的方式,改进后的MLEACH协议以节点剩余能量的多少为主要依据来选择簇头节点,并提出了选举系数的概念,仿真结果表明改进后的MLEACH算法的网络性能得到了有效地提高。
作者使用MATLAB仿真实现了LEACH及其改进协议,并对仿真结果进行了分析比较。研究结果表明:MLEACH算法从以下几方面提高了网络性能:
(1) ADCP值减小,说明网络中负载更加均衡;
(2) DCP first值增大,延长了网络中首个死亡节点出现的时间。
(3) DCP last值增大,说明网络数据传输能力增强,有效地延长网络生命周期;
(4) r last值大幅降低,说明网络更换簇头次数减少,这也是本算法的优点之一,可有效地减小能量消耗。