【摘 要】
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无线传感网络低功耗、低成本、分布式、自组织等特点使其在隧道环境监测领域蕴含了巨大的实用价值，然而将其用于隧道环境中时，其缺陷又突显。由于无线传感器节点通信范围较小、
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无线传感网络低功耗、低成本、分布式、自组织等特点使其在隧道环境监测领域蕴含了巨大的实用价值，然而将其用于隧道环境中时，其缺陷又突显。由于无线传感器节点通信范围较小、能量受限，而隧道环境下的无线传感器节点呈长带状分布，因此存在网络能耗不均、可扩展性差、网络生存周期短等问题。 针对上述问题，本文选取了典型的低功耗自适应分簇路由协议LEACH作为研究对象，为使LEACH协议适用于隧道环境，从以下几个方面进行改进:第一，引入候选簇首机制，在选择候选簇首时考虑剩余能量的影响，增加剩余能量大的节点当选为簇首的概率;第二，通过非均匀竞争半径算法构造规模不同的簇来均衡网络能耗;第三，设计簇首竞选算法确定当选簇首;第四，依据一种直线型拓扑网络中最佳下一跳距离的相关理论设计，采用单跳和多跳相结合的通信方式来收集数据。本文利用OPNETModeler对隧道环境监测中LEACH、LEACH-I、LEACH-Mine和改进算法进行模拟，建立了隧道环境监测网络的节点仿真模型，构建了隧道环境下无线传感网络的场景，并对LEACH协议、LEACH-I协议、LEACH-Mine协议和改进算法进行了对比分析。仿真结果表明，相比前三种协议，在隧道环境下的改进算法较LEACH、LEACH-I、LEACH-Mine协议将网络生存周期分别延长了2.66倍、1.29倍、1.57倍，显著均衡了网络能耗。 另外，本文根据提出的应用背景设计了一种简单的协同机制。当监测网络被破坏时，移动汇聚节点通过广播消息来邀请无线传感器节点参与临时网络的组建，并为加入的节点分配数据传输时隙使它们在规定的时间内将自身数据发送给移动节点。数据发送结束后，临时网络中的传感器节点进入休眠状态，移动节点运动到下一个位置组建临时网络。仿真表明，该协同机制在该应用背景下是可行的，移动汇聚节点达到扩展自身感知空间的目的。
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