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同等学力人员申请硕士学位论文
论文题目: 无线传感器网络分簇算法研究及 NS2 仿真
研究生姓名: 常仁龙
学科、专业: 计算机应用技术
研究方向: 计算机网络与通信
导师姓名、职称: 禹继国教授
论文完成时间: 2012 年 4 月
硕士学位论文
无线传感器网络分簇算法研究及 NS2 仿真
研究生姓名: 常仁龙
业专科学: 计算机应用技术
向方究研: 计算机网络与通信
名姓: 禹继国
师导
称职: 教授
论文完成时间: 2012 年 4 月
曲阜师范大学博士/硕士学位论文原创性说明
(在□划“√”)
本人郑重声明:此处所提交的博士□硕士□论文《无线传感器网络分
簇算法研究及 NS2 仿真》,是本人在导师指导下,在曲阜师范大学攻读博士□
硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含
他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和
集体,均已在文中已明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名: 日期:
曲阜师范大学博士/硕士学位论文使用授权书
(在□划“√”)
《无线传感器网络分簇算法研究及 NS2 仿真》系本人在曲阜师范大学攻读
博士□硕士□学位期间,在导师指导下完成的博士□硕士□学位论文。本论
文的研究成果归曲阜师范大学所有,本论文的研究内容不得以其他单位的名
义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定,同意
学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借
阅。本人授权曲阜师范大学,可以采用影印或其他复制手段保存论文,可以
公开发表论文的全部或部分内容。
作者签名: 日期:
导师签名: 日期:
无线传感器网络分簇算法研究及 NS2 仿真
摘要
无线传感器网络( WSNs)是由大量传感器节点组成的,它们被部署在所需监测的目
标区域。这些节点协作地感知和处理监测区域中的信息,即能够用来获取客观物理世界的
信息。因此近年来被广泛应用于军事、环境和栖息地的监测和预报、智能家居、火灾探测、
机械监控、工农业控制、危险区域远程控制和城市交通等诸多领域。因此 WSNs在计算机
领域中已成为当前研究热点。
路由协议是WSNs当前的研究热点之一。因为对传统的有线和无线网络适用的路由协
议并不能适用于WSNs的拓扑结构,所以必须为WSNs设计合适的新路由协议。目前,大量
适用于WSNs的路由协议被提了出来,如基于LEACH和LEACH-C协议的分簇算法的研究就
是当前研究的热点。
本章首先概述了无线传感器网络的相关内容,如其定义、特征、应用、主要技术和当
前研究现状。然后简单介绍了无线传感器中的典型路由协议,接着着重对 LEACH 和
LEACH-C协议的运行原理进行了详细说明。分析了它们的优缺点,并针对它们的不足做了
改进,提出了两种新的分簇算法CBMBC和IEEC,并分别对两种算法做了理论正确性分析
和仿真证明。
在CBMBC中,提出了一种圆形网络中分环多跳的均匀分簇协议,将圆形网络划分为
等宽的环,在不同环上设置大小均等的簇规模,每一层环中簇头的能量同构,不同环中簇
头的能量异构,每层环上的普通节点将收集的数据以单跳方式发送给本簇中的簇头,位于
外环上的簇头则通过位于相邻内环上的簇头将数据以多跳的方式发送给位于圆环中心的
基站。同时,根据普通节点的能耗和每层环上簇头和基站的相对距离设置簇头的初始能量。
理论与仿真结果证明,和LEACH以及LEACH-C相比,CBMBC可以延长网络的寿命。
在IEEC中提出了一种能量有效的分簇协议,簇头节点的高能量负载被每个簇中选出的
发送节点所分担。簇头节点和发送节点的选择分别基于网络中节点的平均剩余能量和每个
簇中成员节点的平均能量以及相对距离。由于簇头的能量负载被大大降低,因此不需要进
行全局的簇重构,避免了大量能量的额外开销。并且发送节点在簇内的轮转又进一步均衡
了每个节点的能耗。因此,算法既可以均衡簇头和普通节点的能耗,又可避免全局簇重构
带来的巨大额外开销。理论与仿真实验证明,和LEACH以及LEACH-C相比,IEEC可以延
长网络的寿命。
关键词:无线传感器网络;能量有效性;路由协议;分簇;集中式算法;NS2
仿真
I
无线传感器网络分簇算法研究及 NS2 仿真
Abstract
Wireless works consist of a large number of sensor nodes deployed in the
monitoring