【摘要】 LEACH路由協(xié)議作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)常用的一種路由協(xié)議，存在簇頭分布不均、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼澳芰肯牟痪獾葐栴}，不能有效的降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能能耗和延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。針對這些問題，在LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上發(fā)展出一種新的協(xié)議——簇頭多跳算法。

【關(guān)鍵詞】 無線傳感網(wǎng)絡(luò) LEACH協(xié)議 簇頭多跳算法

一、引言

LEACH路由協(xié)議的簇頭多跳算法是充分結(jié)合Handy等人提出的DCHS簇頭選擇策略之后在LEACH協(xié)議基礎(chǔ)上提出的，它不僅考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量因素，還考慮到了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問題，在非簇頭節(jié)點(diǎn)中選取一個通信簇頭節(jié)點(diǎn)（此通信簇頭節(jié)點(diǎn)將不會加入任何簇中）接收已進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的結(jié)果數(shù)據(jù)的各簇頭節(jié)點(diǎn)，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后發(fā)給基站BS，達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的效果。

二、簇頭多跳算法——LEACH-MUL

1.簇頭多跳算法基本原理。簇頭多跳算法基本原理就是：距離基站比較遠(yuǎn)的簇頭通過建立多跳路徑與基站進(jìn)行通信，從而降低自身能耗；同時距離基站比較近的簇頭可以直接與基站通信。此外，網(wǎng)絡(luò)中的感知節(jié)點(diǎn)和簇頭都是移動的，而基站是不動的，傳感器節(jié)點(diǎn)通過GPS進(jìn)行信息檢測和發(fā)射。

2.通信簇頭的選擇。簇頭選擇的原理如下：依據(jù)簇頭的數(shù)量把整個區(qū)域劃分為子區(qū)域，再為每一個子區(qū)域選取簇頭。先利用閾值進(jìn)行一定的篩選，然后在均勻分布的各個子區(qū)域內(nèi)選取一個簇頭。如果第n個子區(qū)域的節(jié)點(diǎn)數(shù)為Mn，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為（xi，yn），速度為vn，則簇頭最佳位置為：

，

由于節(jié)點(diǎn)都是在移動的，所以要特別注意節(jié)點(diǎn)移動方向與連接節(jié)點(diǎn)最佳位置的相對夾角，且夾角越小越好。這里要注意的是，若簇頭移動速度過快，可能會破壞簇，所以要適應(yīng)整個網(wǎng)絡(luò)的移動速度進(jìn)行移動。且節(jié)點(diǎn)簇頭在移動中會損耗能量，所以節(jié)點(diǎn)i為簇頭的代價函數(shù)為：

其中，Cim隨θi*，vi*，di*變小而變小，所以最佳簇頭選擇為Cim最小節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)簇頭的選擇還是受該節(jié)點(diǎn)到基站距離的影響。其實(shí)，通信簇頭的選擇也就是根據(jù)非簇頭節(jié)點(diǎn)到各個簇頭的強(qiáng)度之和、自身的剩余能量以及到基站的距離，進(jìn)行相應(yīng)的計算得出其中的關(guān)系參數(shù)Th（i），定義如下：

Th（i）=

其中，str（adv）表示節(jié)點(diǎn)接收到的ADV小型強(qiáng)度；En（i）表示節(jié)點(diǎn)的剩余能量；Dist（i）表示節(jié)點(diǎn)到基站的距離。

3.在通信簇頭選定后，向四周的普通節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息廣播，那么每一個簇頭都會接收到四周相鄰的信息，同時各個簇頭會把接收到的信息進(jìn)行相應(yīng)的保存，根據(jù)這些信息找出到基站的所有路徑，在考慮自身剩余能量之后，選取最佳路徑，選擇要加入的簇，同時進(jìn)行廣播信息。

4.各個簇頭節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后把結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到通信簇頭，通信簇頭在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行數(shù)據(jù)融合然后發(fā)到基站。

綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)LEACH路由協(xié)議的簇頭多跳算法減少了簇頭直接與基站通信的能耗，從而推遲了簇頭的死亡時間，然后在通信簇頭融合從各個簇頭節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)整合后的結(jié)果數(shù)據(jù)之后，可以大大降低網(wǎng)絡(luò)能源的消耗，從而提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時間。

三、LEACH算法與簇頭多跳算法對比

LEACH算法采取的是各節(jié)點(diǎn)直接與基站進(jìn)行通信，在這個過程中沒有任何節(jié)點(diǎn)控制選擇，導(dǎo)致簇頭能量消耗出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，在節(jié)點(diǎn)剩余能量不夠時，還擔(dān)任著通信簇頭，加速了該節(jié)點(diǎn)的死亡，以此類推，該協(xié)議不能有效的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)生命周期延長；而LEACH-MUL算法結(jié)合了DCHS簇頭選擇策略，是對LEACH路由協(xié)議的改進(jìn)，各節(jié)點(diǎn)根據(jù)與基站距離的遠(yuǎn)近進(jìn)行相應(yīng)的多跳，降低自身能量消耗，從而達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生存時間的目的。

四、結(jié)束語

總而言之，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)LEACH路由協(xié)議的簇頭多跳算法把網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剩余能量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問題都考慮在內(nèi)，使網(wǎng)絡(luò)中的能量均衡消耗，能夠有效的延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

參 考 文 獻(xiàn)

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