【正文】 4 個步驟。節(jié)點需要周期性地向其他節(jié)點發(fā)送路由信息，并且要保存路由表來存 儲路由信息。 （ 2）平面路由協(xié)議：在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所有的節(jié)點地位是平等的，沒有等級和層次的區(qū)分，它們所實現(xiàn)的作用也大致相同。采用這種協(xié)議時，我們要選擇能量較高的節(jié)點來當(dāng)簇頭節(jié)點，并在簇內(nèi)多選舉幾個進行輪流使用來均衡能耗。 其路由的生成是利用 局部 的 操作和信息 的 反饋 ， 在 原則上 沒有 瓶頸 的 問題 存在 。然而在實際網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點數(shù)眾多， 由于 所有節(jié)點都 參與其中，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)能量消耗過快，縮短生命周期。 主要傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 信息 類型為 ADV、 REQ 和DATA 三類。匯聚節(jié)點 （ sink） 通過洪泛的方式 ，周期性的 廣播一種稱為興趣的數(shù)據(jù)包 ，即 不同任務(wù)的描述符 通過不同的屬性來區(qū)分 ,來 告訴網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點各自需要采集何種信息 。在算法的啟動階段，路由樹從根節(jié)點延伸，不斷吸收新的節(jié)點加入。 LEACH 是一種分布式自組織的協(xié)議，將 LEACH 的運作分成輪，每一輪包括兩個階段：簇的建立階段和穩(wěn)定階段。在簇的穩(wěn)定階段，節(jié)點 利用 傳感器 對其周圍 的 環(huán)境 進行 不斷地感知 。擴展性方面 DD 協(xié)議和 TEEN 協(xié)議要優(yōu)于其他協(xié)議； 在安全機制方面 ,以上協(xié)議 都 有待進一步的研究 ；在服務(wù)質(zhì)量 (Quality of Service， QoS)方面，只有 SAR 協(xié)議考慮到這個問題 。 而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗又與能量模型相關(guān)，因此首先介紹 計算 LEACH 能耗時所用的 能量模型： 能量模型 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點傳輸數(shù)消耗的能量與傳輸?shù)木嚯x有關(guān)。 do 。 介紹完能耗的計算， 本文接下來分析 LEACH路由協(xié)議，而在第二章中已粗略的講過 LEACH路由協(xié)議，因此，下面就先講講 LEACH協(xié)議的算法體系結(jié)構(gòu)。除此之外 ， 簇首節(jié)點的選舉結(jié)果還與簇首占節(jié)點總數(shù)的比值密切相關(guān)。至此 ， 續(xù)建立階段工作完成 ， 該階段的詳細流程如圖 41所示。為了盡可能的降低網(wǎng)絡(luò)能耗 ， 在一般情況下 ， 數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸階段的持續(xù)時間比簇建立階段要長。 接下來 我們分析newMobileNode/ResourceAwareNode函數(shù)。 接下來 對 進行分析。 計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 到此為止，創(chuàng)建節(jié)點完成并將每個節(jié) 點的能量初始化完成。 盡管 LEACH能有效的提升網(wǎng)絡(luò)的生命周期，但是 LEACH協(xié)議也存在一些缺點： (1)由于 LEACH 假定所有節(jié)點能夠與匯聚點直接通信，因此 LEACH協(xié)議不適合大規(guī)模無線傳感網(wǎng)絡(luò)。簇首節(jié)點需要融合處理接收到的成員節(jié)點數(shù)據(jù) ， 以便除去數(shù)據(jù)中的冗余部分 ， 從而降低續(xù)首節(jié)點因傳輸冗余數(shù)據(jù)而增加的額外能耗。當(dāng)經(jīng)過 1/p輪后 ， 所有節(jié)點重新以相等的概率競選簇首。 LEACH路由協(xié)議的每一個輪轉(zhuǎn)周期由簇建立階段和穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸階 段這兩個階段構(gòu)成。 在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包消耗的能量最大，而睡眠和數(shù)據(jù)融合消耗的能量遠小于發(fā)送數(shù)據(jù)包消耗的能耗。 do 值的計算如公式 。 而 相關(guān)的研究證明層次 簇 能有效的降低網(wǎng)絡(luò)的能耗 ，并且 LEACH 又是一種經(jīng)典的層次簇協(xié)議 ， 所以我選擇對 LEACH 協(xié)議進行研究。 TEEN 協(xié)議的主要缺點 是不適應(yīng)需要周期性采集數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。 LEACH 是分層路由協(xié)議，節(jié)點不需要維護大量的路由信息，在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)的均衡性； LEACH 中簇頭的選擇是隨機的，合理的分擔(dān)了通信能量消耗，延長了網(wǎng)絡(luò)生存時間； LEACH 是分布式的路由協(xié)議，具有很好的自適應(yīng)性和擴展性，適合于小規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。 因此， 每個簇由一個簇頭和多個簇成員 構(gòu)成 ， 普通節(jié)點加入簇后變成簇成員節(jié)點，簇頭節(jié)點管理簇成員節(jié)點， 同時 簇頭節(jié)點 負責(zé)所管轄簇內(nèi)信息的收集 、 融合處理 和 簇 頭 間數(shù)據(jù)的 相互 轉(zhuǎn)發(fā)。 SAR協(xié)議 SAR[22] (Sequential Assignment Routing)連續(xù)分配路由協(xié)議，首次引入 QoS 概念。 計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 圖 34 SPIN 協(xié)議工作過程 SPIN 協(xié)議的缺點主要有兩方面 [20]： (1)沒有考慮節(jié)能； (2)在有多種信道同時存在的條件下數(shù)據(jù)如何傳輸。但又多了另一個問題，其傳輸路線是隨意的，并沒有規(guī)劃過，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄鶗r延將會增加。 Flooding 協(xié)議通過廣播的形式 將接收到的信息告知給所有的鄰居節(jié)點。 綜上所述， 由于 無線信 道的不穩(wěn)定、信道間的相互 干擾、 各 節(jié)點的 隨意 移動和 節(jié)點可能隨時因在監(jiān)測環(huán)境中能量耗盡而 失效以及 所設(shè)地理環(huán)境 等 受各方面 因素的影響， 無線傳感器 的拓撲結(jié)構(gòu) 都會因此而發(fā)生改變 ，而且這些問題都是傳 統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所不曾遇到過的，顯然，傳統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議 不能 直接 應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)路 中 ，需要依據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)其自身的特征來設(shè)計路由協(xié)議。對具有某種關(guān)聯(lián)的若干節(jié)點構(gòu)成一個簇，簇分為簇頭節(jié)點和簇內(nèi)節(jié)點。并且只需在通信過程中進行路由維護以及需要在傳輸前計算好路由，因此按需路由的缺點是時延比較大。 計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 （ 4）比較后得出最佳路由，將這條記錄添加到此路徑上的所有設(shè)備的路由表當(dāng)中。而查詢驅(qū)動和時間驅(qū)動就較為不同，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)根據(jù)節(jié)點的變化或外界的需求進行動態(tài)變化，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量是不固定的，在某些特殊的場合對響應(yīng)的時間有要求。 能量的損耗既是傳感器網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)問題，也是路由協(xié)議的核心問題。 （ 3）以數(shù)據(jù)為中心 與全 局統(tǒng)一的地址 用來區(qū)分利用 節(jié)點 來 標識和 進行 路由依據(jù)的傳統(tǒng) 的 無線網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議 的 不同， 在 無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)中， 節(jié)點被隨機部署在傳感器網(wǎng)絡(luò)中，而這些節(jié)點通常只關(guān)心 在 監(jiān)測 的 區(qū)域 內(nèi) 的整體感知數(shù)據(jù)，并不關(guān)心單個節(jié)點獲 得到 的數(shù)據(jù)，因而對于整個 網(wǎng) 絡(luò) 唯一的節(jié)點標識 沒有任何的依賴 。 第 四 章 說明研究對象，講清選擇理由，介紹所選擇的 LEACH路由協(xié)議的算法體系結(jié)構(gòu)，針對 LEACH路由協(xié)議存在 隨機選擇簇頭節(jié)點導(dǎo)致簇頭節(jié)點的分布不均勻，且簇的大小不均勻的缺點，提出了 LEACHCH協(xié)議 ，并介紹其采用的模擬退火算法 。 數(shù)據(jù)融合 [13] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點通常是基于一個固定的時間間隔 來收集 和傳輸數(shù)據(jù) 的 ， 而通過這些節(jié)點傳輸 的數(shù)據(jù) 往往 具有語義相關(guān)性。其中，時間同步 提供 同步 本地時鐘的服務(wù)， 主要是 為 保證傳感器 節(jié)點間 的 協(xié)同工作；節(jié)點定位服 務(wù) 是 在系統(tǒng)中建立起一定的空間關(guān)系 ，根據(jù) 有限的 并 位置已 知 得 節(jié)點 ， 來 得到 其他節(jié)點 相對應(yīng) 的位置 [9]。介質(zhì)訪問的選擇會影響 通信時一對一或一對多 的準確連接 ， 幀差錯傳輸控制 可以確保傳輸?shù)男畔⒌竭_目標節(jié)點的可靠 性。 將 所有這些單元組裝 后形成的模塊甚至可以比 一個火柴盒 更計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 小 ， 組合形成的 各模塊相互 之間一起協(xié)同 完成 同 一項的任 務(wù) 。根據(jù)應(yīng)用 的 需求，還能提供 的功能有定位、能源的供應(yīng)和 移動等 。 微型傳感器體積小似灰塵可以在空氣中浮動，質(zhì)量輕，又可以稱為“智能塵埃（ Smart Dust）”。 所以我們需要對 路由協(xié)議 進行不斷改進 ， 優(yōu)化后的路由協(xié)議， 使 得 社會生產(chǎn)力 得到 進一步 的 提高，使得 人們的 社會生計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 活 更加便捷 ， 使得 人民的生活質(zhì)量 也得到不斷的提高 。 UCBerkeley（加州大學(xué)伯克利分校）提出了 利用 網(wǎng)絡(luò)連通性重構(gòu)傳感器位置的方法，并在其基礎(chǔ)上研發(fā)了傳感器操作系統(tǒng) — TinyOS[1]。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于各 節(jié)點 自身能量 資源 的 有限， 而其 數(shù)據(jù)包的 輸送 需要 以 多跳 的 通信 形式送 達目的地 ， 由此可見，路由協(xié)議不但要注意每 個節(jié)點 在網(wǎng)絡(luò)中 的 耗能問題 ， 而且還要注重 整個網(wǎng) 絡(luò) 能量的均衡消耗 問題 ，這樣才能延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存 周 期 。無線傳感網(wǎng)絡(luò)同其它的通信技術(shù)相比具有巨大的潛力，其中美國商業(yè)周刊和 MIT 技術(shù)評論在未來技術(shù)發(fā)展的預(yù)測報告中，將其列為 21 世紀最有影響的 21 項技術(shù)和改變世界的十大技術(shù)。 (4) the number of clusters is not guaranteed to be optimal value. These problems will affect the work lifetime. This paper proposes an improved protocol that calls LEACHCH protocol. The election of cluster head nodes information global node, select the optimal node, reduce energy consumption, and prolong the work life cycle. Finally, rough NS2 simulation, pared with LEACH and LEACHCH protocol. Key words: wireless sensor works。這些問題都會 影響網(wǎng)絡(luò)壽命。 于是本文提出了一個改進的協(xié)議 —— LEACHCH 協(xié)議，該協(xié)議通過全局節(jié)點的信息選舉簇頭節(jié)點，選出最優(yōu)節(jié)點，減少能耗、延長網(wǎng)絡(luò)生存周期。 routing protocol。 無線傳感器節(jié)點體積較小，具有快速組網(wǎng)和抗毀性強的特點，成為一種全新的信息獲取方式。 因此 選擇和設(shè)計一個適合的路由算法是當(dāng)前的 主要任務(wù) ?？的螤柎髮W(xué)、南加州大學(xué)等大學(xué)也進行了無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 在 通信協(xié)議 方面的相關(guān) 研究，提出了基于談判類協(xié)議（如 SPINPP 協(xié)議 [2]、 SPINEC 協(xié)議 [3]、 SPINBC 協(xié)議 [4]、 SPINRL 協(xié)議 [5]） 、定向發(fā)布類協(xié)議[6]、能源敏感類協(xié)議、多路徑類協(xié)議、介質(zhì)存取類協(xié)議、傳播路由類協(xié)議、基于 Cluster的協(xié)議、以數(shù)據(jù)為中心的路由算法。 不同于 一般 的 有線網(wǎng)絡(luò) ， 在 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中因為不存在 實際的物理骨干網(wǎng)絡(luò) ， 其 網(wǎng)絡(luò)通信拓撲 結(jié)構(gòu) 具有自組織性 ， 而且它的 動態(tài)性 要 更強。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究包 含 4 類基本實體對象：目標、傳感節(jié)點、 匯聚 節(jié)點和感知現(xiàn)場。 部署 傳感器節(jié)點的 方式有 火箭彈 的 發(fā)射、人工 的 埋置計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 3 或 利用 飛行器 進行 播 散 等 形式 匯聚節(jié)點可以是一個帶有無線通信接口的特殊網(wǎng)關(guān)設(shè)備， 也可以是一個 擁有 足夠能 源 供給和更多內(nèi)存 存儲空間 與計算 性能 的增強型傳感器節(jié)點 ， 它與其他節(jié)點相比 通信、處理和存儲 信息的 能 力 較強 。 目前已存在的各類傳感器節(jié)點，在實現(xiàn)原理上是 類 似 的， 其不同表現(xiàn)在對于微處理器、協(xié)議和通信方式的選擇 。 網(wǎng)絡(luò)層： 具有發(fā)現(xiàn)、維護和選擇路由的功能 ，融合數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)各傳感器節(jié)點間的相互通信，其通信過程以多跳方式 并 借助中間節(jié)點 將信息 傳輸?shù)絽R聚節(jié)點。 計算機信息工程 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 應(yīng) 用 服 務(wù) 接 口時 間 同 步 節(jié) 點 定 位傳 輸 控 制路 由M A C聲 、 光 、 電 、 磁網(wǎng) 絡(luò) 管 理 接 口拓撲控制服務(wù)質(zhì)量安全/移動/能量網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng) 用 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層物 理 層 圖 13 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 的 關(guān)鍵 技術(shù) 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為目前 的一個 研究 熱點 ， 它具有 的關(guān)鍵技術(shù)如下所示： 網(wǎng)絡(luò)拓撲控制 [10] 目前網(wǎng)絡(luò)拓撲控制 的主要研究在于在滿足網(wǎng)絡(luò)有足夠的覆蓋范圍和連通性下，利用 功率 的 控制 性能 和選擇骨干網(wǎng)的節(jié)點 來 刪除傳感器節(jié)點間 那些沒有用 的鏈路，得到高效的網(wǎng)絡(luò) 拓撲結(jié)構(gòu)。采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)能降低網(wǎng)絡(luò)中 冗余的數(shù)據(jù)從而降低能耗 。 第 五 章 仿真實驗，通過 NS2仿真 進行仿真驗證， 并 通過實驗結(jié)果 對 LEACH和LEACHCH路由協(xié)議進行對比分析 。 通常 情況下， 傳感器網(wǎng)絡(luò)包含多個數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流是從傳感器 的節(jié)點到少數(shù)匯聚節(jié)點間的 信息， 根據(jù)其 對感知數(shù)據(jù)的需求以及數(shù)據(jù)通信 時所采用 模式的不同， 將 數(shù)據(jù)為中心 來 形成消息 的 路徑 轉(zhuǎn)發(fā)。我們要盡可能的降低節(jié)點自身的能耗，或者保證所有節(jié)點能耗速率能夠盡可能的協(xié)調(diào)一致，以延長整個網(wǎng)絡(luò)的使用壽命。 在無線傳感器中多個節(jié)點能產(chǎn)生數(shù)據(jù)，有時難免會有重復(fù)，這就造成了數(shù)據(jù)的冗余，為了克服這一缺陷，我們引進了數(shù)據(jù)融合技術(shù)，然而對于使用數(shù)據(jù)融合的時間地點也會對路由協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生影響，所以也要對其進行考慮。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的分類 無限傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)療應(yīng)用等方面。 （ 3）混合路由協(xié)議：它由上述兩種協(xié)議相互結(jié)合構(gòu)成。通常在一個簇內(nèi)，要進行簇頭節(jié)點的選舉。 從路由協(xié)議的分類和設(shè)計路由協(xié)議時所需要考慮的因素來看，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)計出的 路由協(xié)議 既要滿足所應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)所需的功能，也要減少在網(wǎng)絡(luò)中的能量開銷，從而使整個網(wǎng)絡(luò)的能源有效性獲得整體提高 。其傳輸?shù)倪^程是源節(jié)點向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù) ，首