分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于LEACH路由協(xié)議的跨層節(jié)能技術(shù)研究.pdf

1、節(jié)能是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)設(shè)計者首要考慮的問題。節(jié)點分簇組網(wǎng)方法和網(wǎng)絡(luò)跨層設(shè)計方法是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提高網(wǎng)絡(luò)性能的技術(shù)。本文基于LEACH路由協(xié)議進行跨層設(shè)計,專門研究分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)有效節(jié)能技術(shù),提出了Crosslayer-LEACH跨層協(xié)議,取得了較大的節(jié)能性能。
　　 LEACH協(xié)議是分簇路由協(xié)議中具有代表性的協(xié)議,許多分簇路由協(xié)議是基于LEACH協(xié)議改進發(fā)展而成的。本文是基于LEACH分簇路由協(xié)議進行研究;同時跨層

2、設(shè)計考慮了路由層、MAC層、鏈路層和物理層,結(jié)合電池非線性放電模型、正交調(diào)制技術(shù)、TDMA和CSMA MAC技術(shù),以及LEACH路由協(xié)議來進行集成跨層設(shè)計;以調(diào)制級別參數(shù)為多層跨層變量,以網(wǎng)絡(luò)能量節(jié)省為目標(biāo),進行跨層優(yōu)化。
　　 本文首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域、關(guān)鍵技術(shù),闡述了跨層技術(shù)在節(jié)能中的應(yīng)用,然后對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的路由協(xié)議進行了比較,并著重對LEACH分簇路由協(xié)議進行了分析與研究。在此基礎(chǔ)上,本文進

3、行了以下兩個方面的跨層節(jié)能設(shè)計和優(yōu)化:
　　 (1)聯(lián)合電池非線性放電特性與調(diào)制方式,進行了鏈路層-物理層的跨層設(shè)計和優(yōu)化。采用考慮了節(jié)點電池的容量特性和恢復(fù)特性的準(zhǔn)確的非線性電池模型,對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鏈路中傳感器節(jié)點在采用FSK調(diào)制技術(shù)時每工作周期傳輸?shù)膸瑪?shù)、調(diào)制指數(shù)等進行聯(lián)合節(jié)能設(shè)計和優(yōu)化,找出其中最節(jié)能的方案。
　　 (2)結(jié)合路由層、MAC層、鏈路層和物理層,對分簇路由協(xié)議LEACH進行跨層節(jié)能改進。利用(1)中

4、的有關(guān)結(jié)論,針對LEACH協(xié)議的簇頭節(jié)點容易死亡的問題,提出了一個跨層改進協(xié)議Crosslayer-LEACH,其主要改進思想如下:修改網(wǎng)絡(luò)能量模型為更準(zhǔn)確的非線性能量模型;在建簇階段,簇頭結(jié)點根據(jù)成員節(jié)點選擇的最優(yōu)調(diào)制指數(shù)為簇內(nèi)成員節(jié)點創(chuàng)建相應(yīng)的TDMA時隙表;在數(shù)據(jù)通信階段,簇頭結(jié)點和成員節(jié)點都采用根據(jù)各自的傳輸距離選出的最優(yōu)調(diào)制指數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀,以減少所有節(jié)點的傳輸能耗,成員節(jié)點不發(fā)送數(shù)據(jù)時處于睡眠狀態(tài);在建簇過程中控制信息的傳輸以