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一种无线传感器网络路由协议范文LEACH的改进算法

组织多跳网络，其日的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域感知

对象的信息，并发送给观察者，传感嚣、感知对象和观察者构成了传感器

网络的3个要素.传感器节点由汇聚节点SN（inknode）和普通传感器节

点组成.无线传感器网络节点一般以电池供电，但针对应用业务的不同需

求，有时需要太阳能、震动能、风能、热能等额外能量提取技术.WSN的

能耗主要分为通信能耗、感知能耗和计算能耗，其中通信能耗所占比重最

大，所以均衡通信能耗能有效的延长整个网络的生存时间，在无线传感器

网络中，网络的拓扑控制与优化重要性表现在：影响整个网络的生存时问；

减小节点间通信干扰，提高网络通信效率和为路由协议提供基础，

在无线传感器网络体系结构中，网络层的路由技术对无线传感器网络

的性能好坏有着重要影响.随着国内外无线传感器网络的研究发展，许多

路由协议被提了出来，从网络拓扑结构的角度可以大体把它们分为两类：

平面路由结构和层次路由结构，层次路由算法是现有无线传感器网络路由

算法的研究重点，下面将概述一下LEACH路由协议研究：LEACH是无线传

感器网络中提出的第一个层次型路由协议，运用了数据压缩技术和分层动

态技术，通过随机选取某些节点为簇头来均衡网络内部负载；文描述了一

种基于LFACH的改进型非均匀分簇协议UCS（unequalcluteringize），

协议的中心是：考虑候选簇头节点到基站的远近，构造出大小非均匀的簇，

从而实现了网络中节点能耗的均衡；文中的LEACH-C是LEACH协议自身的

提出者后来在LFACH协议上所做的改进算法；文提出的TEEN

（threholdenitiveenergyefficienten-ornetworkprotocol）是阈值敏感

能量高效传感器网络协议，它采用与LEACH类似的簇结构和运行方式，定

义了软、硬两个阈值来确实是否发送数据；文提出的混合有效能量分布式

分簇HEED（hybirdenergy-efficientditributedclutering）算法是在

LEACH算法簇头分布不均匀这一问题基础之上做出的对LEACH协议的改进；

在文中，高能效传感器采集信息协议PFGASIS（power-

efficientgatheringinenorinformationytem）是使用贪婪算法GA

（greeciyalgorithm）形成链式的簇结构；文中，LEACH-M协议中引入了

遗传模拟退火算法.

LEACH算法与一般平面多跳路南算法相比，可以将网络生命周期延长

15%，但却存在簇受开销大、重复形成簇和簇规模分布不合理等不足，为

此本文提出一种改进算法.

1LEACH协议简介

Ll算法概述

LEACH协议是由MIT的Heinzelman等提出的，该算法是为无线传感

器网络设计的一种低功耗自适应的分层路由协议，假定了一个均匀的、节

点能量有限的密集传感器网络，各节点向接收点报告其数据.LEACH协议

将基于TDMA的MAC协议与聚类协}义和一个简单的“路由”协议集成在一

起，其基本是：通过循环的方式随机选择簇头节点，对簇头节点进行轮换，

把整个网络的能量负载平均分配到各个节点上，从而平衡和降低能耗、延

长网络的生存周期.

LEACH协议提出“轮”的概念，算法的执行过程是周期性的，每轮循

环分为簇的建立阶段和稳定的数据通信阶段，在簇的建立阶段，随机选择

节点作为簇头节点，簇头节点确定后即向周围广播，其他节点根据接收到

的广播信号的强弱来选择要加入的簇，并告知相应的簇头节点，从而网络

被划分为若干个簇.在数据通信阶段，网络完成簇结构构建，普通节点将

采集数据发送给簇头节点，由簇头节点对数据进行处理（如数据融合）操

作，再转发给汇聚节点，为了避免额外的处理开销，数据通信阶段一般持

续较长的时间.每一轮结束后，网络将重新进入下一轮，继续执行这两个

阶段的过程.

LEACH算法选举簇头的过程如下：节点产生一个0-1之间的随机数，

如果这个数小于阈值T（n），则发布自己是簇头的公告消息.在每轮循环

中，如果节点已经当选过簇头，则把T（n）设置为0，这样该节点就不再

会再次当选为簇头，对于未当选过簇头的节点，则将以T（n）的概率当

选；随着当选过簇头的节点数目增加，剩余节点当选簇头的阈值T（n）

随之增大，节点产生小于T（n）的随机数的概率随之增大，