分簇無線傳感器網絡中基于LEACH路由協(xié)議的跨層節(jié)能技術研究.pdf

1、節(jié)能是無線傳感器網絡(WSNs)設計者首要考慮的問題。節(jié)點分簇組網方法和網絡跨層設計方法是無線傳感器網絡提高網絡性能的技術。本文基于LEACH路由協(xié)議進行跨層設計,專門研究分簇無線傳感器網絡有效節(jié)能技術,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、設計考慮了路由層、MAC層、鏈路層和物理層,結合電池非線性放電模型、正交調制技術、TDMA和CSMA MAC技術,以及LEACH路由協(xié)議來進行集成跨層設計;以調制級別參數(shù)為多層跨層變量,以網絡能量節(jié)省為目標,進行跨層優(yōu)化。
　　 本文首先介紹了無線傳感器網絡的體系結構、應用領域、關鍵技術,闡述了跨層技術在節(jié)能中的應用,然后對無線傳感器網絡典型的路由協(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。在此基礎上,本文進

3、行了以下兩個方面的跨層節(jié)能設計和優(yōu)化:
　　 (1)聯(lián)合電池非線性放電特性與調制方式,進行了鏈路層-物理層的跨層設計和優(yōu)化。采用考慮了節(jié)點電池的容量特性和恢復特性的準確的非線性電池模型,對無線傳感器網絡鏈路中傳感器節(jié)點在采用FSK調制技術時每工作周期傳輸?shù)膸瑪?shù)、調制指數(shù)等進行聯(lián)合節(jié)能設計和優(yōu)化,找出其中最節(jié)能的方案。
　　 (2)結合路由層、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、的有關結論,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:修改網絡能量模型為更準確的非線性能量模型;在建簇階段,簇頭結點根據(jù)成員節(jié)點選擇的最優(yōu)調制指數(shù)為簇內成員節(jié)點創(chuàng)建相應的TDMA時隙表;在數(shù)據(jù)通信階段,簇頭結點和成員節(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