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摘要无线传感器网络近年来已经成为热点研究领域之一，它是由电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展孕育而出的。作为网络拓扑控制的有效方式之一，分簇算法可显著降低无线传感器网络的能量消耗，提高网络吞吐率。
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本论文重点介绍了无线传感器网络中各种经典的分簇算法，并在对LEACH算法进行学习和仿真的基础上，提出了一个改进算法。新算法综合考虑了候选节点的剩余能量，簇头节点的分布位置以及簇头节点的个数，从而有效地降低了位置不佳与低剩余能量的节点当选为簇头的概率，使簇头分布更均匀，进一步保证了网络节点能量负载的平衡性。仿真结果表明，该算法能有效地平衡节点的能量消耗分布，并延长节点及整个网络的寿命。5659
关键词 无线传感器网络 分簇算法 LEACH算法 负载平衡 网络寿命
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title Research on Energy Balanced Clustering Topology Algorithm for Wireless Sensor Networks
Abstract
Wireless sensor networks （WSN）have become a hot research field in recent years. It comes from the rapid development of Micro-Electro-Mechanism System, System on Chip, Wireless Communication and the technology of low power embedded. As one of the effective topology control mechanism, clustering algorithm can significantly reduce the energy consumption of wireless sensor networks and improve network throughput.
In this paper，we introduce a variety of classic clustering algorithm for WSN. Then an improved algorithm based on the research and simulation of LEACH is proposed. The new algorithm considers the residual energy of candidate nodes, geographic distribution and the number of cluster heads. It can effectively reduce the probability of a node with poor location and low residual energy to be the cluster head. We obtain a more uniform distribution of the cluster heads, and further guarantee the balance of the energy load for network nodes. The simulation results show that the algorithm can balance the energy consumption distribution and prolong the lifetime of nodes and the network.
Keywords Wireless sensor network Clustering algorithm
LEACH protocol Energy efficiency Lifetime of network
目 次
1 引言 1
2 无线传感器网络分簇拓扑算法 5
2.1 无线传感器网络分簇架构 6
2.2 分簇拓扑算法分类 8
2.3 分簇算法设计难点 10
2.4 分簇算法介绍 12
3 LEACH分簇算法的分析研究 16
3.1 LEACH协议的网络模型 18
3.2 LEACH协议的能量模型 19
3.3 LEACH协议的特点 19
3.4 LECAH协议主要问题 20
3.5 LEACH协议的仿真 20
4 LEACH协议的改进 27
4.1 LEACH不足之处 27
4.2 LEACH协议的具体改进 28
4.3 改进效果的理论说明 31
4.4 改进协议的网络模型 31
4.5 改进协议的能量模型 32
4.6 改进协议的仿真 32
结论 40
致谢 42
参考文献 43
1 引言
无线传感器网络【1】（WSN, wireless sensor networks）是指大量部署在观测环境中大量的静止或移动的微型、廉价、低功耗的具有无线通信与计算能力的微小传感器节点以自组织(Ad-hoc)和多跳的方式构成的分布式网络系统，其目的是协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户，是一种能根据环境自主完成指定任务的“智能”系统。无线传感器网络具有广泛的应用前景，在军事、医疗、环境监测、工业控制、智能家居、城市交通和现代化农业等方面都有着重要的研究意义和实用价值，近年来已经成为热点研究领域之一。图1为无线传感器网络拓扑结构。
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