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摘要：本文分析了异构无线传感器网络路由协议的研究现状，重点研究了异构环境下基于分簇的路由协议，并提出一种新颖的改进的算法——能量均衡消耗的分簇路由（BECC）算法。该算法通过减小异构网中高能量节点的“子轮转周期”，让高能量节点在整个网络的“轮转周期”中更多次的当选簇头，从而让异构环境下的高能量节点和普通能量节点同时“死亡”。理论分析和仿真实验表明，改进后的路由协议有效的均衡不同能量节点间的能量消耗，提高了网络健壮性，显著延长了网络生存时间。
关键词: 无线传感器网络; 能量均衡; 异构环境; 分簇；路由协议
Wireless sensor network LEACH routing
algorithm and simulation
Abstract:This paper analyzed routing protocols’ research status for the heterogeneous wireless sensor network, and focused on cluster-based routing protocols under heterogeneous environment. And then a novel improved protocol – named Balanced Energy Consumption Clustering (BECC) Routing Protocol was proposed. By reducing "sub epoch"of the high-energy nodes in heterogeneous networks,the high-energy node could be selected as cluster head more often than the low-energy node in the network within a epoch . It could cause the high-energy nodes and the low-energy node die at the same moment. Theoretical analysis and the results of simulation show that compared with LEACH and SEP protocol, the BECC protocol could balance the energy consumption, prolong sensor networks lifetime, and enhance data transmission reliability.
Key words:wireless sensor networks; energy balance; heterogeneous environment; clustering; routing protocol
目录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景 1
1.2课题研究的目的和意义 2
1.3课题内容与要求 3
1.4国内外研究现状 3
第二章 无线传感器网络概述 4
2.1 WSN的概念 4
2.2 WSN的体系结构 4
2.3 WSN的拓扑结构 6
2.4 WSN网络协议栈 9
2.5 WSN的路由协议 10
2.6 WSN的特征 13
第三章 LEACH路由算法的研究 14
3.1 LEACH协议模型 14
3.2 LEACH协议分析 15
第四章 LEACH协议的改进 16
4.1协议改进的基本思想 16
4.2能量异构网络模型 17
4.2 BECC协议 19
第五章 仿真实验和性能分析 20
5.1仿真工具—MATLAB的介绍 20
5.2仿真实验和性能分析 21
第六章 总结与展望 24
致 谢 26
参考文献 27
附录 29
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第六章 总结与展望
无线传感器网络是由一组传感器以自组织方式构成的无线网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息,并发布给观察者。传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值，已引起了世界上许多国家军界、学术界和工业界的高度重视，并成为近年来公认的热点研究领域。
本文首先对目前传感器网络路由方面的研究进行了分析，并对常见的路由算法进行分类，详细地描述了现有的算法，并阐述了它们各自的优缺点。针对经典的层次路由算法LEACH进行了分析研究针对传感器第一节点死亡时间等特点。提出了一种新颖的能量均衡消耗的分簇路由（BECC）算法。其核心思想是通过减小异构网中高能量节点的“子轮转周期”，以改进无线传感器网络中常见的不同能量节点不能同时死亡的问题。仿真实验表明，BECC协议优化了网络中高低能量节点的能量消耗，缩短了高、低能量节点平均死亡的时间间隔；和现有的LEACH、SEP等协议相比，BECC具备更长的稳定周期、更高的能量利用率和更高的数据传输可靠性，其在性能上具有明显优势。
如前所述，稳定期和网络生命周期成为了限制传感器网络路由算法的关键性问题之一。同时，路由算法的设计还应考虑到网络的物理层、链路层、应用层等相关的问题。如何结合特定应用场景及传感器物理设备的特点、如何考虑到网络中数据融合、优化、管理、安全等问题，以设计更优的能满足实际应用的路由算法，是我们下一步要深入的研究课题。
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