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一种基于 LEACH协议的分阶段簇头选举算法 张岩 （西安文理学院数学与计算机工程学院 西安 710065） 摘 要：通过分析LEACH协议簇头选举算法的运行机制，针对无线传感器网络节点能量有限性的问题，在原有算法基础上提出在网络运行不同阶段的簇头选举中以能量和平均距离为参考因素的算法。最后，通过实验仿真证明改进后的算法相对均衡了节点能量的消耗并且有效延长了网络的生命周期。 关键字：无线传感器网络； LEACH算法； 簇头选取；网络生命周期 分类号：TP393 文献标识码：A 基金项目来源: 西安市科技计划项目(CXY1134WL14) 邮箱:zhangyan2780@163.com 作者简介: 张岩（1982---），女，讲师，硕士研究生，研究方向：无线传感器网络 作者单位: 西安文理学院数学与计算机工程学院（西安市太白南路168号，西安文理学院数学与计算机工程学院） Cluster-head Election Algorithm Based on LEACH Protocol Zhang Yan ( Department of Mathematics and Computer Engineering, Xi’an University of Arts and Science, 710061) Abstract: By analyzing the operating mechanism of cluster-head election algorithm based on LEACH Protocol and to overcome the limitation of the network node energy of wireless sensor, an improved algorithm is proposed in the paper that in the different phases of cluster-head election algorithm, the energy and average distance should be considered as referential factor. The simulation results show that the improved algorithm made up the consumed energy of the network node and effectively lengthened the lifecycle of the network. Keywords: Wireless Sensor Network; LEACH algorithm; Cluster-head Election; lifecycle of the network 1 引言 无线传感器网络（WSN）由成百甚至上千个为了检测物理现象而组织在ad-hoc模式中的分布式传感器节点组成。由于节点的能量有限，路由协议的设计不仅要考虑降低节点的能量消耗，还要考虑网络中节点能量消耗的均衡问题。在本着延长网络生存期的目的下，MIT的Heinzelman等人研制了一种低功耗自适应的分簇拓扑算法,即LEACH协议。LEACH协议采用簇的思想对网络实现了分层管理，动态分配簇头和本地数据融合处理等，特别是在处理具有高度相关性的数据时，由于数据融合力度大，冗余数据大量被消除，因此在能耗方面性能较好[1][2]。 但是，所有簇头直接与基站通信，那么远离基站的簇头的能量损耗将会很快。另外，因为簇头是随机选取的，所以不能保证簇头在网络中的均匀分布，而簇头的分布将决定该轮中传感器网络的能量损耗状况，并且可能某些区域没有簇头节点生成从而造成监测盲区。 2 LEACH算法描述 LEACH算法是无线传感器网络最早提出的分簇路由协议，它的执行过程是周期性的，每轮分为簇的建立阶段和稳定数据通信阶段。在簇的建立阶段，相邻节点动态的形成簇，随机产生簇头；在数据通信阶段，簇内节点把数据发送给簇头，簇头进行数据融合并把结果发送给基站。LEACH定义了“轮”(Round)的概念，一轮由建立阶段和稳定工作两个阶段组成。在初始化阶段，LEACH协议随机地选取一个传感器节点作为簇头[3]。 2.1 LEACH算法簇头选举机制 在LEACH算法中,假设在时刻开始第轮簇头的选举，传感器节点此时当选为簇头的概率为，可能当选为簇头的节点数的期望值为。如果网络中的节点总数为，则有以下公式: (1) 其中（cluster-head）为一个随机变量，表示簇头节点可能取值的