改进LEACH算法的簇树网络路由策略研究

"基于LEACH的簇树网络路由算法研究" 在无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）中，路由算法的设计是至关重要的，因为它直接影响到网络的能效和寿命。LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy，低功耗自适应聚类路由算法）是一种广泛应用的WSN路由策略，旨在通过构建簇结构来优化能量消耗，延长网络整体运行时间。然而，LEACH算法本身存在一个主要问题，即簇头节点（Cluster Head, CH）与基站（Base Station, BS）之间的单跳通信能耗较大，这可能导致簇头节点过早耗尽能量，从而缩短网络寿命。 针对这一问题，本文提出了一种改进的簇树网络路由算法。该算法基于LEACH算法，并借鉴了连通网络中的最小生成树（Minimum Cost Spanning Tree, MCST）的Prim算法。最小生成树算法是一种寻找网络中连接所有节点的最低成本树的方法，它可以有效地减少路径上的通信成本。在本研究中，Prim算法被用于构建簇头节点间的通信路径，以降低簇头到基站的数据传输能耗。 具体来说，首先，算法在WSN中进行初始的簇划分，每个簇内的传感器节点选择一个簇头。然后，利用Prim算法在簇头节点间构建一棵最小生成树，使得树的总权重（即通信能耗）达到最小。这样，数据可以通过多跳路由的方式从各个簇头节点沿着最小生成树传递至基站，而不是直接由簇头节点单跳通信，从而降低了每条路径上的能耗。 在实施该算法后，仿真结果显示，提出的簇树网络路由算法能够显著降低簇头节点的通信代价，延长了网络的整体生存时间，提高了能源效率。同时，由于采用了多跳通信，网络的容错能力也得到了增强，因为即使某些节点或链路失效，数据仍然可以通过其他路径到达基站。 该研究对LEACH算法进行了深入分析，并提出了针对性的优化策略，即基于最小生成树的簇树网络路由算法。这种方法不仅解决了LEACH算法中的主要能耗问题，而且提升了WSN的性能和稳定性，对于无线传感器网络的能效优化具有重要理论和实践意义。