井下能量受限条件下无线传感器网络路由算法设计

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无线传感器网络在煤矿井下的应用是当前无线传感器网络的应用热点之一。无线传感器网络节点在井下的分布量较大,电池供电的传感器节点因能源有限、能耗大而死亡率很高,传感器节点回收工作量大且价值不高,因此,本课题的主要目的就是设计一种适合在矿井下使用的具有节能效果的无线传感器网络路由算法。  在分析了泛洪式路由协议、定向扩散路由协议、PEGASIS协议、Gossiping协议、TEEN协议、以及LEACH协议等算法优缺点的基础上,认为LEACH协议算法较适用于井下通信环境,针对LEACH路由协议存在的问题,完成了以下工作:  (1)改进LEACH算法中簇首选举过程,由于簇首选举能耗较大,且传统算法中簇首选举没有考虑节点剩余能量和节点分布,容易导致网络能耗不均衡,因此将簇首的选举过程分成基于矿井结构的全网范围内的簇首选举和簇内簇首选举两个过程,在选举过程中分别将节点密度、节点位置信息以及节点剩余能量按照不同的影响度考虑到簇首阈值的计算中。通过减少全网簇首选举的次数,避免低能量节点当选为簇首,降低节点密度低的区域内节点成为簇首的概率,从而降低网络能耗,延长网络生命周期。  (2)改进簇首与基站的通信方式,由于LEACH协议多采用单跳通信的方式,导致远距离节点死亡率高,因此提出将簇首通信方式改进为单跳多跳并存的通信方式。通过均衡网络能量消耗的方式延长单个节点的生命长度。  (3)联想到一种节点自适应的调节发射功率的策略,从根源上降低节点功耗,最终达到延长整个网络生命周期的目的。  (4)采用MATLAB软件对传统算法与改进算法进行仿真,从网络生命周期与网络平均剩余能量两个方面对两种算法性能进行对比,仿真实验结果表明,改进算法在节约传感器节点能量、均衡网络能耗以及提高网络生命周期上起到了一定作用,具有一定的研究意义和实用价值。
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