4.3 WSN网络模型 13

4.4 3D-LEACH协议的建立 13

5 3D-LEACH协议的仿真测试 15

5.1 性能评价指标 15

5.2 仿真实验研究 16

5.2.1 3D-LEACH路由协议不同场景中对比仿真 16

5.2.2 3D-LEACH路由协议不同初始能量对比仿真 22

5.2.3 3D-LEACH路由协议不同节点数时对比仿真 24

5.2.4 LEACH和3D-LEACH路由协议对比仿真 25

结论 32

致谢 33

参考文献 34

1 无线传感器网络概述

1.1 无线传感器网络概念

1.1.1 无线传感器网络的定义

近些年来，由于集成电路、无线通信、传感器等技术的飞速发展，使得大量生产低成本、低能耗的无线传感器成为可能，这些微型的传感器具有无线通信、监测区域系统、数据采集数据处理等功能，最新发展起来的无线传感器网络就是由这样的节点组织而成的[1]。

无线传感器网络（WSN）是一种分布广、能量低且有限、没有分区、自组织、没有基础支持的网络。它具有能耗低、多节点、分布式协作等功能，由分布在监测区域内大量的传感器节点共同合作，来监测、采集和处理覆盖区域中各种环境对象信息，并通过自组织无线通信网络以多跳中继方式将信息传送到远处的终端或用户[2]。

1.1.2 无线传感器网络的特点

 无线传感器网络的基木特点主要有：电源能量低、规模大、网络拓扑易变化、通信能量有限。

1) 电源能量低

无线传感器网络中节点利用电池进行供电，能量有限，而由于条件有限又很难在过程中更换节点。

2) 规模大

为了获得更为精准、完整的消息，传感器节点一般分布在较大区域的监测范围内，节点的密度和数量相比无线自组网络而言成级数的增加。

3) 拓扑易变化

由于外界环境会不断变化，这样一般会严重影响无线传感器网络的功能，同时网络中经常有加入的新节点或死亡的节点而导致结果发生变化。

4) 通信能量有限

由于受到地势地貌以及自然环境等方面的影响，传感器之间的通信断接频繁，容易导致通信失败[2]。

1.1.3 无线传感器网络的结构

一个经典的无线传感器网络的结构如图1-1所示，包括分布式传感器节点、Sink节点、通信卫星、任务管理节点等[2]。

图1-1 无线传感器网络体系结构

其中，传感器网络节点的基本组成和功能包括：感知单元、处理单元、通信单元、以及供电单元，如图1-2所示。此外，可以选择的其它功能单元包括：定位系统、移动系统以及供电系统等[1]。

图1-2 传感器网络节点结构

1.2 课题研究的目的和意义

本文主要研究无线传感器网络中的路由协议和三维扩展问题：

1) 路由协议

路由协议是传感器网络中网络层研究设计的一个主要问题。无线传感器网络路由协议需要考虑以数据为中心、能量有限等因素，既要有效的维护数据的传输路线，又要降低网络中的整体通信量。

2) 三维扩展问题