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摘 要

从第一次无线传感器网络（Wireless sensor network，WSN）的概念提出以来，通过相关学术界不懈探索，无线传感器网络在军事、自然、社会等各学科领域在很短的时间内就展现出了其得天独厚的优势。无线传感器网络简单讲就是一个个微小的节点通过复杂的方式构成的可以相互传输数据并且能够将人们所需的信息数据发送给基站（Base Station,BS）的通信网络系统。每个节点必须在规定工作时间内正常运行，它所处的网络才能顺利进行通信工作，但是，节点在工作状态时会消耗自身电量，当电量耗尽时，人工更新电能在大多数情况下很难实现，所以多数情况下，节点能量的耗尽将意味着节点的死亡^[1]。因此，利用能量采集技术，可以使网络能源得以补充。同时，一种优良的路由算法往往能很大程度上的平衡网络中能量的分配，尽可能地提升数据传输量与能量消耗速率之间的比率。在本文中，我们在MATLAB研究的背景下研究和分析了诸如LAECH等协议的经典算法，详细介绍了分簇网络协议中关于簇（Cluster）、簇头（Cluster head,CH）节点和簇内成员（Cluster member,CM）节点的概念，并以在尽可能的延缓节点死亡的平均速率的目的下来优化LECAH协议。

关键词：无线传感器网络 LEACH路由算法 算法优化

Research on routing algorithm of wireless routing sensor network based on energy harvesting

Abstract

Since the concept of the first wireless sensor network has been proposed, through the relevant academic relentless exploration, wireless sensor network in the military, natural, social and other disciplines in a very short period of time to show its unique advantages. The wireless sensor network simply speaks of a small network of complex nodes that can transmit data to each other and transmit the information data that people need to the base station (BS). The normal operation of the sensor network depends on the normal operation of each node in the network. However, the node consumes its own energy during the data transmission. Once the energy is exhausted, the manual update of electricity is difficult to achieve in most cases, so in most cases, the depletion of the node energy will mean the death of the node. Therefore, the use of energy harvesting technology, can make the network energy can be added. At the same time, an excellent routing algorithm is often able to balance the allocation of energy in the network to a large extent, as much as possible to enhance the data transfer rate and energy consumption rate ratio. In this paper, we study and analyze the classical protocols such as LECH in the context of MATLAB research and optimize the LECAH protocol by improving the energy efficiency and extending the network lifecycle.

Key words: Wireless sensor network；LEACH algorithm；Algorithm optimization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文研究内容 2

1.3.1研究内容 2

1.3.2文章结构 2

第二章 WSN路由协议研究 4

2.1WSN路由协议的研究与分析 4

2.2WSN几种协议的比较 5

2.3本章小结 5

第三章 LEACH算法的研究与分析 6

3.1分簇路由协议 6

3.1.1 分簇路由协议概述 6

3.1.2分簇路由协议解析 7

3.1.3簇头的形成算法 7

3.2LEACH算法研究与分析 7

3.2.1算法简介 7

3.2.2LEACH算法流程图 8

3.2.3LEACH算法的网络模型 9

3.2.4LEACH算法的能量消耗模型 9

3.3本章小结 10

第四章 LEACH算法优化 11

4.1LEACH-C与LEACH-T算法 11

4.1.1LEACH-C算法 11

4.1.2LEACH-T算法 11

4.2LEACH-PSO算法 12

4.2.1粒子群优化算法（PSO）介绍 12

4.2.2LEACH-PSO算法 12

4.3本章小结 15

第五章 MATLAB仿真与分析 16

5.1MATLAB仿真过程 16

5.1.1仿真内容 16

5.1.2仿真过程 16

5.2仿真结果分析 20

5.3本章小结 21

第六章 总结和展望 22

6.1本文总结 22

6.2展望 22

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

所谓传感器，就是一种可以用来感知周围环境信息并采集的微小节点，现代集成化技术已经可以将传感器制作成极其微小的节点，将这些节点按一定规律分布在某一被检区域，即构成了一个无线传感器网络系统。因为在一个系统中传感器节点的数量比较多而且一般成本较低，所以其广泛使用于众多领域。这些节点可以自行对监视区域感知信息并相互通信，最终将有用的信息传达给基站。这样的好处是，不太需要系统的维护和管理，网络本身就能发挥很大的实用价值。

能量采集技术具有可再生和低碳无污染等优点，应用前景非常广阔，本文将基于能量采集技术与无线传感器网络相结合的方向进行研究。

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