基于分簇路由协议在物联网中的应用与研究

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无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)中网络拓扑结构和通信方式决定了网络的整体性能,高效节能的通信方式能够降低节点的能耗,同时较好的拓扑结构能够达到均衡网络负载的目的,延长网络的生命周期。其具有广阔的应用前景。WSN中能量消耗决定了整个网络的生命周期,因此一个节能的路由分簇算法在保证网络连通性的前提下能够大大延长网络的寿命,其中LEACH作为典型的分簇路由协议,就是以达到降低网络能耗为目的而提出的。本文在LEACH及其改进算法的基础上对网络能耗进行数学分析,引入节点能量消耗变化方差作为成簇参数,然后分簇多跳的思想提出了能量高效的多跳分簇路由协议EMCR(Energy-efficient Multi-Hop Clustering Routing Protocol)。首先,介绍无线传感网络路由协议的设计需求,介绍了远程园区监测系统的系统结构,以及整个系统中数据采集无线传感网络中节点的网络拓扑结构进行描述,最后对系统中运用的拓扑技术和组网技术进行简单介绍。最后对分簇路由协议LEACH做了详细介绍,指出协议的优点和劣势,并对它的改进算法DDEEC做了介绍指出改进地方。其次,同时对单跳和多跳网络的能耗进行数学分析,综合分析了多跳中节点距离和传输跳数对网络能耗的影响。对簇头选举、节点的非均匀分簇、以及簇间单跳改为簇间多跳的通信方式的改进提出了EMCR算法。对算法进行了仿真分析,在网络生命周期、网络接收数据量以及网络能耗方面进行对比分析。验证EMCR算法的在这几个方面是否有改进。最后,对整个环境监测系统进行功能性测试,主要从网络的拓扑结构、数据传输的丢包率测试、以及客户端远程登录实时查询显示界面,证明环境监测系统能够良好的工作。并对算法应用前后网络能耗进行模拟分析,验证算法在能耗方面的改进。
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