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基于能量优化的LEACH路由协议改进
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更新于2023-03-03
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针对LEACH路由算法中簇头选举随机性和簇头与基站直接通信导致能量消耗过快且不平衡的特点,提出新的改进算法,以达到降低能耗目的。在改进算法中,簇头剩余能量高于网络平均能量。根据簇头节点与基站的相对位置划分不同区域,簇头节点发送数据采用多跳方式,避免簇头节点能量消耗过快,达到平衡网络能量消耗的目的。仿真表明,通过改进簇头选举条件和采用多跳路由的方式,即使在数据通信量增加的情况下,依然能够延长网络通信时间。
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基于能量优化的基于能量优化的LEACH路由协议改进路由协议改进
针对LEACH路由算法中簇头选举随机性和簇头与基站直接通信导致能量消耗过快且不平衡的特点,提出新的改
进算法,以达到降低能耗目的。在改进算法中,簇头剩余能量高于网络平均能量。根据簇头节点与基站的相对
位置划分不同区域,簇头节点发送数据采用多跳方式,避免簇头节点能量消耗过快,达到平衡网络能量消耗的
目的。仿真表明,通过改进簇头选举条件和采用多跳路由的方式,即使在数据通信量增加的情况下,依然能够
延长网络通信时间。
[1]
是由大量无线感知节点构成。
[2]
则是针对无线传感器网络而提出的路由算法。该算法将节点通过定期选举簇头节点分担无
线网络通信,均衡网络能量消耗,以提高网络寿命
[3]
。但LEACH选举簇头节点存在随机性,可能导致部分簇头节点剩余能量
低于某些普通节点。另外,LEACH采用簇头与基站直接通信的方式,由于簇头节点离基站位置远近不一,发送相同数据包
时,远离基站的节点死亡较快。
1 LEACH算法以及不足算法以及不足
LEACH是一种低功耗自适应分层路由算法,以“轮”的方式完成无线数据传输
[4]
。每轮分成簇建立阶段和簇稳定阶段。在每轮
初始阶段进行簇头选举,簇头选举条件
[5-6]
如式(1)所示。其中,P为簇头所占比例,r为当前轮数,mod()为求余运算,G为节
点集合。
所有节点产生一个0~1之间的随机数,如果这个值小于T(n),则该节点宣布成为簇头,并且广播簇头消息,其他成员节点收
到广播消息后加入该簇。簇建立好之后,簇头为该簇内所有成员节点分配TDMA时间表,所有成员节点按照TDMA时间表向簇
头节点发送数据并进入稳定阶段
[7]
。在LEACH路由算法中,能量消耗模型是一阶无线电模型
[8]
,如图1所示。
在无线传输距离门限d条件下,无线信道分为自由衰落模型和多径衰落模型。在自由衰落模型下,节点发送k bit数据所消耗
的能量如式(2)所示:
其中:E
elec
是发送电路和接收电路消耗能量,ε
amp
是放大电路放大数据所消耗能量。信号在无线信道中传输所消耗的能量与
距离d
r
成正比
[9]
。根据两个模型定义,直接传输会比多跳传输消耗更多能量
[10]
。簇头节点在数据融合中需要消耗一定的能
量,如式(5)所示:
在每一次选举过程中,簇头节点随机从普通节点选举出
[11]
。可能存在某些普通节点与簇头节点保持较远距离的情况。经过


















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