小世界理论在无线传感器网络路由中的应用研究

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无线传感器网络广泛应用于大规模监测任务中,路由协议是组网的关键所在。基于小世界理论构建的路由协议对于减少和均衡网络中节点的能量消耗,延长网络生命周期具有重要作用。国内外众多学者开始研究小世界理论在无线传感器网络方面的应用。因此本文结合小世界理论,设计适用于无线传感器网络的能耗均衡路由协议来最大化网络生命周期。  本文在改进LEACH路由协议的基础上,设计了基于小世界能耗均衡的无线传感器网络路由协议(SWEBRP)。该路由协议结合小世界理论,采取分层分簇方案,使网络具有较小平均路径长度的良好性质;对每个簇头节点度进行适当限制,平衡每个簇的负载;改进簇头选举策略,相对均衡各个节点的能量,有效延长了网络生命周期,实现了基于小世界理论的能耗均衡路由协议。  本文的主要工作包括:  (1)首先分析LEACH路由协议,得知其存在的问题。针对这些问题提出相应的解决方案,明确SWEBRP路由协议的设计目标。  (2)其次,针对SWEBRP路由协议的分层分簇方案,结合小世界理论,分析节点最佳邻近节点数、小世界强弱连接、平均路径长度及流量汇聚对网络的影响,得出对改善网络的能耗均衡具有指导意义的结论。  (3)基于小世界理论分析结论,设计了无线传感器网络小世界能耗均衡路由协议(SWEBRP)。详细地描述了SWEBRP路由协议的设计思路、具体协议细节和协议实现。  (4)使用Matlab7.8对SWEBRP,LEACH,LEACH-C,SWRP路由协议的各种性能进行仿真分析。仿真结果表明,相比LEACH、LEACH-C和SWRP路由协议,基于小世界理论构建的SWEBRP路由协议能够有效均衡网络节点簇头能耗,单位路径长度能耗保持相对稳定,有效延长了网络生命周期,提高了基站采集数据包数目及数据包的完整性。  
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