基于LEACH的低能耗路由协议研究.pdfVIP

基于LEACH的低能耗路由协议研究

刘芬;叶明全;陈希;孙成浩;郭鸿飞

【摘要】本文基于LEACH协议提出一种改进的路由协议N-LEACH,调整了节点竞

选簇头的阈值函数T(n),引入加权函数cost完成簇的构造过程,在簇构造过程中实

现节点的认证,并通过多跳机制建立簇头节点与基站之间的路由.仿真结果表明本文

提出的改进协议N-LEACH与传统的LEACH协议相比较好地实现了网络的负载均

衡,延长了节点与网络的寿命,提高了网络的安全性.

【期刊名称】《阜阳师范学院学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2019(036)001

【总页数】6页(P50-55)

【关键词】异构传感网;LEACH;阈值函数;加权函数;多跳

【作者】刘芬;叶明全;陈希;孙成浩;郭鸿飞

【作者单位】皖南医学院弋矶山医院医学信息中心,安徽芜湖241001;皖南医学院

医学信息学院,安徽芜湖241002;皖南医学院健康大数据挖掘与应用研究中心,安

徽芜湖241002;皖南医学院弋矶山医院医学信息中心,安徽芜湖241001;皖南医

学院弋矶山医院医学信息中心,安徽芜湖241001;皖南医学院弋矶山医院医学信

息中心,安徽芜湖241001

【正文语种】中文

【中图分类】TP393

无线传感器网络（wirelesssensornetwork,WSN）作为物联网的重要组成部分，

在环境监测、医疗卫生、智能家居、国防军事等领域具有广泛的应用前景[1-2]。

根据节点感知能力、计算能力、通信能力和能量等的不同，WSN可分为同构传感

网和异构传感网(heterogeneouswirelesssensornetwork,HWSN)。同构传感

网中的节点具有同样的构造，而HWSN中的节点根据各自任务的不同而采用不同

的构造。无论何种WSN，路由问题均为研究热点问题。根据网络管理的不同逻辑

结构，WSN的路由协议可分为平面路由和分层结构路由两类[3]。平面路由不具备

可扩展性，缺乏对通信资源的优化管理，因而不适合在大规模网络中应用。而分层

路由可以在一定程度上解决这个问题，LEACH协议是典型的分层路由协议。

但LEACH协议存在如下局限性：该协议在最初簇头选举过程，节点都设定为能量

相同，所以不适用于能量分布不均的网络，如HWSN。同时，该协议使用的是单

跳路由方式，会出现远距离通信，进而导致能量空洞问题。并且其设计主要关注于

连通性与能量优化问题，而忽略了网络的安全性。

1相关工作

针对上述存在的局限性，文献[4]通过在T(n)中引入节点能量机制，使剩余能量高

的节点更易被选为簇头，有效地延长了网络的寿命。但不适用于节点初始能量不同

的HWSN，且没有考虑簇头之间的相对位置，容易导致簇的重叠问题。文献[5]在

簇建立阶段通过修改T(n)，加入了节点参数，使得改进的路由协议适合HWSN，

增大了初始高资源节点被选为簇头的几率。但忽略了节点的剩余能量因素，使网络

寿命缩短。文献[6]在簇的构造过程中引入加权函数，考虑节点与簇头、簇头与基

站（basestation,BS）之间的距离因素，但是忽略了节点的能量因素，将会产生

能量空洞等问题。文献[7]通过在LEACH协议中引入多跳机制，摈弃了单跳路由方

式，采取簇间多跳路由，避免了远距离通信。但在当前簇头选择下一跳簇头时仅仅

考虑最近路由，没有考虑节点能量因素，选择的路由并不是最佳路由，且会缩短节

点与网络的寿命。文献[8]提出的COCA协议，将整个网络划分为若干等尺寸的正

方形单元。在协议中证明了簇头应该更多的分布于离BS较近的单元，可以避免能

量空洞问题。通过最小化网络中所有节点的总能耗，得到了最优的单元数目，并且

通过均衡不同单元间节点的能耗得到各单元中的簇头数目，较好地延长了网络寿命。

2N-LEACH协议

本文研究环境基于HWSN，网络模型如图1所示。并作如下假设：

（1）网络模型是单SINK环境，且SINK与BS邻近。

图1网络模型示意图