无线传感器网络路由协议LEACH的研究与改1VIP专享VIP免费

无线传感器网络路由协议LEACH的研究与改进摘要:无线传感器网络由许多具有低功率无线收发装置的传感器节点成,能够有效地感知、采集和处理网络覆盖区域中的相关信息,并发送给远处的基站进一步处理。由于传感器节点能量有限,路由协议必须尽可能地减少能量消耗,延长网络生命周期。在LEACH算法基础上,提出一种改进的路由算法,改进后的算法采用相对固定的成簇方式,每隔一轮重新构建簇。利用图论中的prim算法,选择每轮中Ped最大的簇头作为根节点,在簇头节点之间构造树形路由,簇头之间以多跳方式将收集到的数据发送到根节点,然后通过根节点将整个网络收集到的数据发送到基站。仿真结果表明,与LEACH算法相比,改进算法降低了能耗,有效延长了网络生存周期。关键词:无线传感器网络;LEACH算法;分簇;生命周期;能量消耗Abstract:Wirelesssensornetworksconsistingofalargenumberofsmallsensorswithlow-powertransceivercanbeaneffectivetoolforapperceiving,collectingandcomputingdatainavarietyofenvironment.Thecollecteddatamustbetransmittedtothebasestationforfurtherprocessing.BasedonLEACHalgorithm,thispaperpresentsanovelclusteringalgorithminwhichclusterarerelativelyfixedandthenodesre-organizethemselvesintonewclusterseveryotherround.ItutilizesthePrimalgorithminthegraphtheorytoformtreeroutingamongcluster-headnodes,andselectsthecluster-headwiththelargestPedastherootnode.Theclusterheadssenddatatotherootnodeinamulti-hopmannerandtherootnodethensendsthegathereddatabythewholenetworktothebasestation.SimulationresultsshowthatcomparedwithLEACH,theimprovedalgorithmcanreducetheenergyconsumptionandprolongthelifetimeofthenetwork.KeyWords：wirelesssensornetwork,LEACHalgorithm,clustering,lifetime,energyconsume1、前言无线传感器网络被认为是在一定空间范围内密集分布的由大量体积小、廉价、电池供电的通信器件构成的自组织系统．由于无线传感器网络大都需要在无人看管、不更换电池或者几乎不可能更换电池的条件下长时间的工作，如何提高能量的有效利用率并延长网络寿命便成了一个重要问题．网络数据传输离不开路由协议,路由协议对网络的整体性能有重要影响,因此,作为无线传感器网络核心技术之一的路由协议一直是研究的热点。路由算法在路由协议中起着至关重要的作用,无线传感器网络中的路由算法从网络逻辑结构角度可以分为平面路由和层次路由。层次路由算法是无线传感器网络路由算法的研究重点,其中,LEACH算法是比较具有代表性的层次型路由算法。本文在LEACH算法的基础上,介绍一种改进的路由算法,改进算法的成簇方式相对固定,减少了构造簇的能量消耗。簇形成之后,在簇头间构造最小生成树,簇间通过多跳方式通信,降低了簇头节点之间长距离通信的能耗。2、LEACH算法2.1算法描述：LEACH协议的操作是按轮进行的,每一轮包含簇建立和稳定运行2个阶段,在簇建立阶段,自适应分簇结构形成,在稳定运行阶段进行数据传输。在簇建立阶段,选取一定数目的节点充当簇头节点。每个节点随机分配一个在0到1之间的数字,成为其标志值。如果节点的标志值小于门限值T(n)的话,该节点就充当本轮的簇头节点。门限T(n)定义如下：T(n)=p/(1-p*(rmod(1/p)))n∈GT(n)=0其他式中p为网络中簇头节点所占总节点数目的百分比;r为当前的轮数;G为一个集合,集合中的节点是前1/p轮中没有充当过簇头节点的节点。使用这个门限,每个节点会在1/p轮操作内充当一次簇头节点。等过了1/p轮以后,所有的节点都充当过簇头节点,从而又可以重新充当簇头节点。节点被选为簇头后,就向外发送广播信息;其他节点就根据收到消息的信号强弱,选取信号最强的发送源节点作为自己的簇头节点,加入那个簇,并向簇头发送加入的请求。簇头收到请求后为成员节点设定一个TDMA时隙表。此后的簇稳定阶段,节点在属于自己的时隙里将采集的数据发送给簇头节点,簇头节点将接收到的成员节点的数据进行融合,然后,直接发送给基站。2.2LEACH算法的不足及其改进算法在LEACH算法中,每一轮循环都要重新构造簇,而构造簇的能量开销比较大...