第30卷第6期 西 安 工 业 大 学 学 报 Vol.30No.62010年12月 JournalofXi!anTechnologicalUniversity Dec.2010

文章编号: 1673 9965(2010)06 570 04

LEACH协议算法改进及仿真

韦宏利,方玉杰

(西安工业大学电子信息工程学院,西安710032)

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摘 要: 针对低功耗自适应集簇分层型协议(LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy,

LEACH)能量消耗不均和节点过早死亡的问题,提出了LEACH协议的改进方案.该方案考虑了聚簇内节点的能耗、定位和网络服务质量,从簇头的选举算法和数据融合着手,在生存时间、能量消耗、基站数据接收三方面对簇头选举算法进行了分析改进.对改进后的LEACH协议和原LEACH协议进行仿真,仿真结果表明改进后的协议在生存时间上提高了33%,并减少了节点能量消耗和降低了基站接收数据的量.

关键词: 无线传感器网络;LEACH协议;簇头选举算法;NS2仿真中图号: TP393 文献标志码: A 无线传感器网络[1]被认为是21世纪最重要的技术之一,它将对人类未来的生活方式产生巨大影响.麻省理工学院的 技术评论 杂志(TechnologyReview)评出了对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术,无线传感器网络[2]即位于这十种新技术之首.美国和中国的许多高校(如西安电子科技大学、哈尔滨工业大学等)都对传感器网络进行了研究.无线传感器网络是一种全新的信息获取平台,可以实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息.其节点能量有限、不可补充的特点,使得高效地利用节点能量成为无线传感器网络研究的重要目标之一.低功耗自适应集簇分层型协议(LEACH)是无线传感器网络中网络层协议的一种[4].其后发展出的很多分簇路由协议,如基于能量效率的阈值敏感传感器网络协议(thresholdsensitiveenergyefficientsensornetworkproto col,TEEN)[5],混合节能分布式聚类协议(hybridenergy efficientdistributedclustering,HEED)[6],但是节点生存时间的改进并不显著.LEACH协议的簇头选举具有很大的随机性,会造成簇头节点的分布不均,可能有些簇头离基站距离近,有些离基站距离远,这样产生的通信代价不一样,即就是说

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通信耗能是有所区别的,这也就造成节点的能量分布不均,使得全网的网络寿命减少.对于LEACH协议存在的能量分布不均和网络生存时间短的问题[7],从簇头选举算法和数据融合方面,提出新协议,达到提高网络寿命的效果.

1 LEACH协议

LEACH协议[8]以循环的方式随机选择簇首节点,将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中,从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的.在LEACH协议中,同普通成员节点相比,簇首节点的负载较大,能量消耗较快.为平衡网络各节点的能耗、避免簇首节点过早死亡,采用TDMA时分复用方式(TimeDivisionMultipleAccess,TDMA)周期性按轮(round)选举簇首的原则,每一轮的执行可以分为两个阶段,即簇的初始化阶段和稳定的数据通信阶段.簇的初始化阶段主要是选举簇头节点,其他节点决定加入哪个簇,然后建立TDMA列表.为了减少频繁的重建簇造成的能量消耗

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,簇建立完成后,会进入稳

定的数据通信阶段,需要通信的节点会继续提供收发数据的服务,不需要的节点就会进入休眠状态,

收稿日期:2010 10 11

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