基于LEACH協(xié)議的簇頭選舉及優(yōu)化組網(wǎng)的算法研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)了人們的生活，無(wú)線(xiàn)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，并且逐漸改變著人們的生活方式。WSN技術(shù)是在嵌入式技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上孕育而生的，它由許多價(jià)格低廉、低功耗、通信距離短的微型傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式自組織而成。WSN中的傳感器節(jié)點(diǎn)多半部署在環(huán)境極度惡劣的地區(qū)，并且受到自身計(jì)算速度慢、內(nèi)存小、能量有限等因素的極大約束，所

2、以如何降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗、延長(zhǎng)WSN的生存時(shí)間成為該技術(shù)的巨大考驗(yàn)。
　　論文深入研究WSN路由協(xié)議，其中LEACH路由協(xié)議是本論文的理論基礎(chǔ)。LEACH路由協(xié)議是一種經(jīng)典的層次型路由協(xié)議，它主要根據(jù)簇頭輪換機(jī)制將消耗的能量較均勻地分?jǐn)偟秸麄€(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)中。通過(guò)分析LEACH路由協(xié)議的工作原理，發(fā)現(xiàn)由于簇頭選擇的隨機(jī)性，整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)不能得到最優(yōu)的簇頭個(gè)數(shù)，也無(wú)法確定簇頭的最優(yōu)位置，這樣就可能導(dǎo)致部分區(qū)域的簇頭比較集中，部分區(qū)域可能

3、沒(méi)有簇頭，從而造成簇內(nèi)某些非簇頭節(jié)點(diǎn)與簇頭節(jié)點(diǎn)間的距離過(guò)大，那么在數(shù)據(jù)傳輸階段非簇頭節(jié)點(diǎn)勢(shì)必會(huì)消耗大量的能量。并且LEACH路由協(xié)議在選舉簇頭階段，忽略了節(jié)點(diǎn)的剩余能量情況，這樣就可能選擇能量較低的節(jié)點(diǎn)作為簇頭節(jié)點(diǎn)，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壽命。論文針對(duì)LEACH路由協(xié)議的能耗特點(diǎn)，在LEACH路由協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。
　　首先，計(jì)算出當(dāng)前整個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中最優(yōu)簇頭的個(gè)數(shù)，將整個(gè)區(qū)域按照基站的位置，從中心線(xiàn)劃分成兩個(gè)同等大的區(qū)域，其

4、中離基站較近的區(qū)域定義為S1，另外的區(qū)域定義為S2。再根據(jù)最優(yōu)簇頭的個(gè)數(shù)分配簇頭給S1和S2兩塊區(qū)域，保證S1所分配的簇頭個(gè)數(shù)比S2所分配的簇頭個(gè)數(shù)多。S1和S2兩塊區(qū)域再根據(jù)簇頭的個(gè)數(shù)平均劃分各自的區(qū)域，保證每個(gè)區(qū)域都有簇頭，通過(guò)這樣的方式進(jìn)行非均勻分簇。
　　其次，在算法中同時(shí)引入能量因子以及節(jié)點(diǎn)比例因子。通過(guò)能量因子保證剩余能量較大且高于網(wǎng)絡(luò)平均剩余能量的傳感器節(jié)點(diǎn)有更大的機(jī)率成為簇頭;通過(guò)節(jié)點(diǎn)比例因子可以保證分布在節(jié)點(diǎn)相對(duì)