【正文】 學號 ：200731200104密級 ：公開武漢大學本科畢業(yè)論文無線傳感器網(wǎng)絡LEACH路由研究與實現(xiàn)BACHELOR39。S DEGREE THESISOF WUHAN UNIVERSITYWireless sensor network LEACH routingresearch and implementationCollege ：School of electronic informationSubject ：Electronic Information EngineeringName ：Feng JianDirected by ：Zeng YuanyuanMay 2011畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日鄭 重 聲 明本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名：_________________ 日期：_________________摘　　要無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）集成了傳感器、嵌入式計算、分布式信息處理和無線通信四大技術，是一種全新的信息獲取、處理和傳輸技術。它可應用于軍事、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療救護、商業(yè)領域等，因而具有十分廣闊的應用前景，引起了學術界的高度重視。本文重點研究WSN的LEACH路由協(xié)議，無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量龐大，單個節(jié)點資源極其有限，其路由協(xié)議設計的首要目標就是提高能效性，延長網(wǎng)絡壽命。本文總結了WSN的發(fā)展歷程、概念、結構及應用，分析了WSN的關鍵技術問題，研究了WSN路由協(xié)議的分類，并分析和比較了目前比較有代表性的路由協(xié)議及其優(yōu)缺點，有針對性的選擇了LEACH路由作為研究重點，實現(xiàn)了LEACH路由的路由算法，在此基礎上分析了其存在的問題，并針對這些問題在原有的算法的基礎上提出了改進方案：由于簇首的選擇沒有考慮到節(jié)點能量的問題，于是改進了閾值T(n)的計算問題。對上述改進，本文采用在C++下進行了模擬和分析。模擬結果表明，改進后的路由算法比原LEACH路由算法：系統(tǒng)整體能耗降低，網(wǎng)絡生命周期提高10%。關鍵詞：WSN；無線傳感器網(wǎng)絡；路由協(xié)議；LEACH；能量有效性ABSTRACTWireless sensor network, which is made by the convergence of sensor, embedded puting,distributed information processing and wireless munication technologies, is a new information acquisition,processing and transmission technologies. It can be used in military, environmental monitoring,medical and mercial, has a wide application future. Both academia and industries are very interested in it.The study of LEACH routing protocol for WSN is the main part of this numbers of sensor node in WSN are numerous and single node is extraordinarily limited in resource. The allimportant aim of designing routing protocol of WSN is to reduce the overall energy dissipated in the network and to maximize the network lifetime. We summed up the development history, concept, structure of WSN and analyzed the key technical issues and network protocols of WSN. we studied the network protocols of WSN and routing protocols on the classification system. We analyzed and pared some routing protocols from their advantages and disadvantages that proposed by oversea researcher。 we choose LEACH routing protocol as the research target. We analyzed its insufficient. Based on the original algorithm, we put forward their improvement projects: Due to the selection of clusterheads failed to consider node energy question, and improved threshold T (n) calculation problem.To the improvement above,using C++ to simulate and simulation results indicate that improved routing algorithm pared with LEACH:the overall low consumption,network life cycle increased by 10%.Key words: WSN。 Wireless sensor network。 routing protocol。 LEACH。 Energy efficiency目　　錄第1章　前言　研究背景 1　WSN研究現(xiàn)狀 2　本課題的研究內容 3第2章　無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）概述　WSN結構 4　WSN的體系結構 4　WSN的節(jié)點結構 6　WSN應用 7　環(huán)境的監(jiān)測和保護 7　醫(yī)療護理 7　軍事領域 8　其它領域 8　無線傳感網(wǎng)絡的技術難點 8第3章　WSN路由技術概述分析　路由的過程 10　路由協(xié)議的關鍵問題分析 10　能量有效性 10　可擴展性 10　數(shù)據(jù)傳輸可靠性 11　路由協(xié)議的分類 11　按源節(jié)點獲取路徑的方法 11　按節(jié)點參與通信的方式 12　按路由的發(fā)現(xiàn)過程 12　按路由選擇是否考慮服務質量（QoS）約束 13　典型的路由協(xié)議分析 13　洪泛路由(Flooding) 13　Gossiping路由協(xié)議 14　SPIN協(xié)議 14　DD（Directed Diffusion）定向擴散路由協(xié)議 16　Rumor 路由協(xié)議（謠傳路由） 16　GPSR(Greedy Perimeter Stateless Routing)路由協(xié)議 17　LEACH（LowEnergy Adaptive Clustering Hierarchy）路由協(xié)議 18　協(xié)議性能的比較 19第4章　LEACH路由原理與實現(xiàn)　LEACH的原理 20　簇的形成 20　穩(wěn)定工作階段 21　LEACH路由的實現(xiàn) 21　LEACH路由的優(yōu)缺點分析 23　分簇算法問題 23　簇間的通信方式問題 23第5章　LEACH路由的改進　算法改進方案 24　改進方案的實現(xiàn) 24　LEACH與改進方案的仿真對比 25第6章　總結參考文獻致 謝附錄第1章　前言　研究背景無線傳感器網(wǎng)絡是一種特殊的AdHoc無線網(wǎng)絡，由部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡。它可以協(xié)調地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)布給觀察者。這些微型傳感器構成的傳感器網(wǎng)絡引起了人們的極大關注。以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。傳感器網(wǎng)絡經(jīng)歷了如下幾個歷程，：第一代傳感器網(wǎng)絡誕生在20世紀70年代，使用具有簡單信息獲取能力的傳感器，采用點對點傳輸、連接傳感控制器構成傳感器網(wǎng)絡；第二代傳感器網(wǎng)絡產生在90年代初，采用的傳感器具有獲取多種信息的綜合能力，采用串/并接口與傳感控制器相連，構成有綜合多種信息的傳感器網(wǎng)絡；第三代傳感器網(wǎng)絡產生在90年代末，采用具有智能獲取多種信息的傳感器，用現(xiàn)場總線連接傳感控制器，構成 LAN（Local Area Network），成為智能化傳感器網(wǎng)絡；第四代傳感器網(wǎng)絡，目前正在研究開發(fā)，采用大量的具有多功能、多信息獲取能力的傳感器，用自組織無線接入網(wǎng)絡，與傳感器網(wǎng)絡控制器連接，構成 WSN。網(wǎng)絡連接 總線連接 接口覆蓋 直接覆蓋 域覆蓋 面覆蓋 線覆蓋 點覆蓋 1965 1980 1995 2005 第一代 第二代 第三代 第四代 傳感器發(fā)展歷程　WSN研究現(xiàn)狀無線傳感器網(wǎng)絡的研究起始于20世紀90年代末期，最早的代表性論文出現(xiàn)在1999年，題目為“傳感器走向無線時代”。隨后在美國的移動計算和網(wǎng)絡國際會議上，提出了WSN下一個世紀面臨的發(fā)展機遇[1][2]。2003年美國《技術評論》雜志[3]在論述未來新興十大技術時，WSN名列第一；同年，美國Business Week預測的未來四大新技術：效能計算、傳感器網(wǎng)絡、塑料電子學和仿生人體器官，WSN也列入其中。2004年《IEEE Spectrum》雜志發(fā)表一期專集《傳感器的國度》，論述了WSN的發(fā)展和應用?？梢钥隙ǖ恼f，WSN的發(fā)展和應用，將對人類的生活以及產業(yè)變革帶來很大的影響和產生巨大的推動力[4]。WSN是一種無基礎設施的網(wǎng)絡，由一定數(shù)目的傳感器節(jié)點構成，它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和無線通信技術，能協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集節(jié)點部署區(qū)域的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息（如光強、溫度、濕度、噪音和有害氣體濃度等物理現(xiàn)象），并對這些數(shù)據(jù)進行處理，獲得詳細而準確的信息，通過無線網(wǎng)絡最終發(fā)送給觀察者。在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、搶險救災、智能家居、工業(yè)生產控制以及商業(yè)等領域具有廣闊的應用前景。WSN與傳統(tǒng)固定網(wǎng)絡有很大的不同。在其研究初期，人們認為成熟的Internet技術加上Ad Hoc路由機制對WSN的設計是足夠充分的，但是深入地研究表明，WSN有不同于傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡和Ad Hoc網(wǎng)絡的特點，前者以數(shù)據(jù)為中心，而后兩者以傳輸數(shù)據(jù)為目的。與WSN最為相似的是移動自組織網(wǎng)絡（mobile ad hoc networks，簡稱MANET），