基于无线传感器网络的低功耗信息收集机制研究

下载后可任意编辑 摘 要 无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的讨论领域，是传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术相结合的产物。路由技术对无线传感器网络的生命周期有着至关重要的影响。能量有限性是无线传感器网络的最重要的特性，在网络路由算法中也是优先考虑的一个主要因素。分簇路由具有拓扑管理方便、能量利用高效、数据融合简单等优点，已成为当前路由技术一个十分重要的讨论方向。本文对现有的无线传感器网络路由协议进行了分类和比较讨论，然后有针对性地选择了典型的分簇式路由协议LEACH协议作为讨论对象。 LEACH 协议使用了自适应成簇技术和簇头节点的轮换技术。它将所有节点分为若干簇，使用簇头节点的轮换技术使每个簇随机选举一个簇头。簇形成后系统进入稳定工作阶段，开始信息的收集和传递。分簇的方式可以优化资源分配，提高能量使用效率。 论文最后，采纳MATLAB软件对LEACH协议的网络生存时间进行了讨论和仿真，实验结果表明，算法具有较好的节能性和可扩展性。 关键词：无线传感器网络；LEACH路由协议；MATLAB仿真 Abstract Routing technology is vital to the lifecycle of wireless sensor network.One important feature of wireless sensor networks is that the energy is limited.This feature is considered to be the main element in routing algorithm of WSN.As an active branch of routing technology, cluster-based routing protocols havemany advantages, such as network topology management, energy minimization,data aggregation and so on,which has become a very important routing technology research. The LEACH protocol uses the adaptive clustering and cluster head node rotation technique. It will be all the nodes are divided into several clusters, the cluster head nodes rotation technology enables each cluster random elect a cluster head. After the ation of cluster,system entered into a stable stage, ination collection and transmission. The clustering can optimize the allocation of resources, improve energy use efficiency. Finally, using MATLAB software on the LEACH protocol network survival time was studied and the simulation, experimental results show that the algorithm has better energy saving, and extended properties Key words：WSN；LEACH routing protocols；MATLAB Simulation 目 录 1 绪论1 1.1 课题讨论背景与意义1 1.2 国内外讨论现状2 1.3 本文讨论内容与结构3 2 无线传感器网络概述4 2.1 无线传感器网络基本概念4 2.1.1 无线传感器网络体系结构4 2.1.2 传感器网络的特征4 2.2 无线传感器网络的应用5 2.3 无线传感器的关键技术8 3 无线传感器网络路由协议11 3.1 无线传感器网络路由协议概述11 3.2 无线传感器网络路由协议分类12 3.3 无线传感器网络路由协议的特点及设计要求13 3.4 无线传感器网络路由的典型协议15 4 LEACH算法协议24 4.1 LEACH协议工作原理24 4.1.1 簇的构建阶段25 4.1.2 稳定工作阶段27 4.2 LEACH协议的能量传输模型28 4.3 LEACH算法的仿真29 4.3.1 LEACH算法的仿真模型29 4.3.2 仿真实验参数的设置30 4.3.3 LEACH算法仿真过程31 4.3.4 LEACH算法仿真结果分析35 结 论36 致 谢37 参考文献38 附录A 英文原文39 附录B 汉语翻译45 附录C 程序代码49 58 下载后可任意编辑 1 绪论 1.1 课题讨论背景与意义 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)是由许多传感器以自组织的方式构成的无线网络，这些传感器都必须具有收集信息、处理信息、传输信息的能力，通过部署足够量的传感器到需要监控的区域，人们可以方便的收集到想要检测到的信息。无线传感器网络使逻辑上的信息世界与客观上的物理世界相结合，改变了人与自然的交互方式。作为一种新型的网络，它越来越受到各界人士的关注，2024年美国MIT科技评论在预测未来技术的报告中，将无线传感器网络列为了二十一世纪改变世界的十大技术之一。传感器网络也被誉为未来全球的三大高科技产业之一。国家中长期科技进展规划纲要（2024-2024）把传感器网络与智能信息处理列为重点领域及其优先主题之一。 无线传感器网络与普通的无线网络有着很大的不同，规模比普通无线网络要大，是动态的自组织网络，并且高度面对应用的以数据为中心的网络。节点也不像普通的无线网络，在传感器网络中的节点能量是有限的，并且不能充电。所有的信息处理策略都必须考虑到尽可能地降低节点能耗，以便延长网络和整个系统的寿命。虽然传感器节点的能量、通信能力、计算能力和存储能力都很有限，但每个节点还是要在特定的环境中完成特定的任务，因此构造无线传感器网络必须要有非常先进的技术支持，收集、处理和传输信息这三个基本功能也正好是现代信息技术的三大基础。 无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络。最早的代表性论述出现在 1999 年，题为“传感器走向无线时代”。随后在美国的移动计算和网络国际会议上，提出了无线传感器网络是下一个世纪面