无线传感器网络LEACH协议的算法改进

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无线传感器网络(WSN)是一种自组织的网络系统,它由大量微型传感器节点部署在一定监测区域内所组成的,其主要作用是可以通过节点间的合作,综合感知、采集和处理网络的监测区域内所跟踪或监察对象的信息,无线传感器网络中的节点具有体积小、成本低的特点,而且具有简单的数据处理和存储能力。无线传感器网络可应用于军事国防、抢险救灾、卫生监测、城市管理、危险区域控制、医疗卫生等诸多领域,拥有十分广阔的前景。传感器网络中,路由技术是一项支撑技术,是无线传感器网络进行目标识别、跟踪、监控等众多应用的前提,亦是传感器网络研究中的热点问题之一。
   根据应用的不同,无线传感器网路中的节点对自身性能的要求也不尽相同,目前,能量有效性是评价现有的WSN路由协议网络性能的一个重要指标,衡量网络能量有效性的评价标准则是而网络的生存周期。
   本文介绍了无线传感器网络路由协议改进的历史,对无线传感器网络的概念和体系结构做了概括性的描述,同时介绍了无线传感器网络路由协议中的关键技术和特点,包括flooding在内的平面路由协议以及包括LEACH在内的分簇路由协议,并对这些协议进行了分析和对比。详细的分析了LEACH的簇头选举算法,并分析了其能量分配方式,建立的能耗模型。
   本文的重点是通过对LEACH协议的改进,加入了能量因子和距离因子,修改了簇头选举公式,并提出了半网选举概念,得到新的簇头选举策略和分簇算法,形成基于节点剩余能量的LEACH-IMP算法,该算法目的是减小Leach协议簇形成过程中的能量消耗。首先根据节点离sink点的距离,和当前节点的剩余能量,对簇头的选举公式进行了改进。然后,提出了半网选举制度。当簇首能量小于该簇平均剩余能量时,进行簇内簇首替换。当簇内平均能量小于某个阀值时,发起重选号召,在全网内,所有簇对号召进行响应,满足重选条件的簇会加入重选,以达成半网选举。当达到规定的时间时,进行全网重选。相比Leach,此算法具有更高的能量有效性,可以有效延长网络寿命,使节点能量更加均衡。并对其进行了matlab仿真。
   为了得到协议改进的效果,运用matlab对LEACH-IMP协议和LEACH协议在一块100*100的区域中进行仿真。Sink节点位于目标区域外。仿真的内容有网络存活节点数和网络剩余能量。通过比较,可以得出leach改进协议在这些方面明显优于LEACH协议。
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