沙特国王大学学报：增强能源平衡的无线传感器网络能效改进方法

沙特国王大学学报一种降低无线传感器网络Mohamed Elshrkawey，Samiha M.Elsherif，M.Elsayed Wahed苏伊士运河大学，计算机信息学系，信息系统系，Ismailia 41522，埃及阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年1月20日收到2017年4月4日接受在线提供2017年关键词：分簇无线传感器网络LEACH阈值A B S T R A C T无线传感器网络由分布在地理上孤立的区域的低功耗设备组成.传感器成簇排列每个簇定义一个重要节点，称为簇头（CH）。每个CH从其传感器节点收集感测数据以发送到基站（BS）。传感器配备了无法更换的电池。能量消耗是无线传感器网络的一个重要问题。我们提出了一种增强的方法，以减少能源消耗，延长网络的生命周期。它已经完成了通过增强集群中的所有传感器节点之间的能量平衡改进的方法是基于簇头选择方法。 此外，还实施了增强的TDMA时间表。最后，通过与LEACH等相关协议的比较，说明了该协议在网络生存时间、簇头数、能量消耗和向基站传输的数据包数等方面的进步。数学分析和MATLAB 2015a仿真结果表明了该方法的有效性。与LEACH算法相比，无线传感器网络的能耗降低了60%左右，网络生命周期延长了73%©2017作者。制作和主办：Elsevier B.V.代表沙特国王大学这是一CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍无线传感器网络（WSNs）由成百上千个微小的设备组成，这些设备能够以有限的功率相互通信这些无线传感器被部署在真实世界的环境中，以感测各种环境影响。由于传感器节点的能量有限，因此从目标环境采集的数据直接发送到基站。BS是感兴趣从一组传感器节点接收数据的节点它分析和减少它们之间的数据，这是用于决策的相似性此外，BS不仅能够在本地使用这些数据，而且还能够将这些数据发送到位于远程区域的其他然而，这将导致传感器节点不能容忍的高通信开销。在无线传感器网络中，从整体收集数据的过程*通讯作者。电子邮件地址：gmail.com（S.M. Elsherif）。沙特国王大学负责同行审查传感器并将其报告给BS称为数据聚合（Sinha，2013; Othman，2015）。无线传感器网络技术被扩展到许多不同的应用领域。这些应用可以包括军事应用、生存监测、交通控制、智能建筑和对象跟踪（Zhou，2008; Amara等人，2013; Estrin等人，1999;Salim，2014; Sheng等人，2013; Jose等人， 2013年）。然而，无线传感器网络存在着存储空间有限、计算能力差、不可充电和电池容量有限、安全性差以及需要对所有传感器节点进行全局寻址等诸多限制。能量有效性是传感器节点长期无维护运行的一个棘手问题。此外，能耗取决于应用要求。此外，它有时被部署在一个敌对的环境中，其中一个人不能被替换或充电的传感器节点的电池。因此，电池在无线传感器网络中起着主要的作用，它在无线网络中，大部分的能量消耗在数据传输过程因此，需要能量效率路由协议各种文献都是从这一点出发来设计更节能的无线传感器网络介绍了多种类型的节能研究。这些研究从通过路由协议的物理层开始，基于如何增强数据采集技术（Batra，2016）。对http://dx.doi.org/10.1016/j.jksuci.2017.04.0021319-1578/©2017作者。制作和主办：Elsevier B.V.代表沙特国王大学这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。制作和主办：Elsevier可在ScienceDirect上获得目录列表沙特国王大学学报杂志首页：www.sciencedirect.com260M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University另一方面，基于聚类的协议（Ye等人，2005年，吸引了大量的研究人员。它由两个阶段组成：建立阶段和稳态阶段。在设置阶段，WSN被划分为集群（节点组）。在每个簇中，存在充当簇头（CH）的节点。在稳定状态阶段，簇中的成员（非簇头节点）系统地感测并将其数据传输到CH。簇中的每个传感器节点都有自己的时间向CH发送传感数据，发送过程按照TDMA（时分多址）调度进行。该调度由每个CH建立，并将其发送到集群中的所有成员，参见图11。1 .一、簇头负责减少冗余数据，并应用聚合技术，最大限度地减少数据大小，并将其转发到BS。LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议是一种用于微传感器网络应用的领先协议（Heinzelman，2002）。它集成了两个概念的能源效率集群路由和媒体访问在一起. LEACH背后的想法是尽可能节省传感器的能量，以提高网络的生命周期。在建立阶段，节点代表了在部署所有传感器节点后随机选择的簇头。在每一轮开始时选择簇头。每个传感器节点选择一个0到1之间的随机数。如果该随机数小于阈值T（n），则选择该节点作为当前轮的CH。T（n）在下一个等式中给出。（1）：传感器节点生成0到1之间的随机数。如果一个节点的数目小于阈值，它将成为簇头。因此，对簇头没有任何限制。 传感器节点的能量效率受簇头节点使用次数的影响。LEACH协议假设所有传感器节点都有足够的能量与sink进行通信。因此，更多的能量消耗，如果传感器节点远离汇。LEACH算法假设网络中的所有节点都是同构的，这在大多数应用中是不符合实际的因此，它需要更多的改进来处理异构节点。LEACH协议本文的其余部分组织如下。第2节简要描述了LEACH协议的相关工作。第三节介绍了网络模型和假设。此外，在第4节中讨论了所提出的方法。模拟结果和分析在第5节中讨论。最后，在第六节中对本文的结论和未来的工作进行了展望.2. 相关工作通常，LEACH被用作基于簇的路由协议的指南它引入了一种随机化技术来指定簇会随着能量的消耗而死亡指定（p如果n2G技术是基于一些节点，实际上有一个低残留，唐其中：1-p×½rmod 1=p]0别处ð1Þ年度能源将被用作簇头。为了实现无线传感器网络内部的能量均衡，引入了多个研究者 在（Long等人， 2011年）;作者介绍了一个助手p：选择簇头的百分比。R：是当前的一轮。G：是在1/p轮中尚未成为簇头的传感器节点的集合。即使LEACH协议保存能量的传感器节点，并最大限度地减少路由表的大小。它仍然有一些局限性（Shurman等人，2014），如：当执行CH的随机选择时，不考虑节点中的剩余能量。当网络的规模增加时，位于远离BS的CH快速消耗更多的能量。LEACH协议被设计为在部署环境较小的情况下工作良好。TDMA（时分多址）调度有一些限制：每个簇头都有自己的发送数据的时间在指定的时隙中，尽管没有最近的数据。某些簇可能包含比其他簇更多的传感器节点，这影响了向BS发送数据的频率较小集群中的节点消耗能量的速度比属于较大集群的节点更快。簇头方法。建立了一种动态的方法来适应是否能够产生一个辅助簇头该算法根据簇首节点的地理位置、簇内成员数和节点的剩余能量等指标来确定簇首该技术通过降低簇内成员节点的能量消耗来延长无线传感器网络的生命周期。但是，实施的技术需要复杂的操作，这会导致更多的延迟。在（Arumugam，2015）中，作者提出了一种能量路由协议，该协议取决于有效的集成数据和最佳的簇头选择。该协议延长了网络的生命周期.但是，它仍然受到多方面行动造成的拖延的影响。它总是选择具有较高剩余能量的传感器节点，而不考虑任何其他因素，如传感器节点的位置，可能位于远离BS。在（Junping等人，2008），提出了一种基于随机定时器的聚类算法，无需任何全局信息。该算法存在簇首节点和传感器节点之间能量消耗差距大的问题。其他研究者则提出了簇头数目和节点图1.一、LEACH操作的时分多址调度●●●●●●●●M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University261一B（þ2TOBS作者在（Tong和Tang，2010）中提出了一种称为LEACH-B的方案。CH的第一选择根据原始LEACH执行。但是，从第二次选择开始，它们基于节点的剩余能量改变CH的数量。因此，每轮CH的数量是固定的并且接近最优。他们的模拟-由于标准差因子对能量和网络寿命都有很大的影响，因此，sian分布实现了能量平衡，提高了网络寿命。考虑一个由N个传感器节点和一个基站组成的无线传感器网络，M×Mm2区域。高斯分布给出为：图中显示了网络能耗的平衡，比LEACH协议延长了网络的生命周期。在（Batra，2016年）中，作者通过提出LEACH改进了第一个节点死亡（FND）和最后一个节点死亡（LND）12019年12月22日其中：表示，a-a02R2b-b02Rð2ÞMAC簇头选择算法。在（Hong，2008）中，作者提出了一种用于分簇操作的基于阈值的簇头替换方法。剩余能量的阈值用于最小化簇头选择的数量。Mahmood等人， 2013）提出了一种称为MODLEACH的算法，它们通过最小化传输次数以及高效的簇头来增加网络的生命周期。替换机制保持集群间和集群内通信的功率水平。作者在（Beiranvand等人，2013）介绍了一种用于通过基于最高剩余能量、靠近基站的邻居的数量来选择传感器节点成为簇头来最小化每个节点的能量消耗的方法。然而，Handy等人（2002）、Tong 和 Tang （ 2010 ） 、 Hong （ 2008 ） 、 Beiranvand 等 人（2013）、Mahmood等人（2014）中的所有算法都可以在本文中找到。（2013）和Batra（2016）没有考虑微小簇的存在。此外，簇头会突然死亡，只关注阈值能量消耗和节点在Murali（2016）中，作者提出了一种合作通信方法。他们的实验结果表明，网络消耗的总能量最小时，合作存在比没有合作。但是，流量开销增加，在每轮开始时，如果在簇区域的传感器节点的数量是相对较高的。Ali等人（2008）的作者介绍了一种名为（a0，b0）：表示每个节点的位置点。ra和rb：分别是a和b尺寸的标准偏差传感器节点被部署以占据它们的位置。每个传感器节点都有一个无与伦比的ID，并识别其位置和存储的能量。考虑到a0和b0将等于零，每个传感器节点对监测区域进行连续感知。如果信号足够强以覆盖它们之间的距离，则它可以直接与BS通信。每个传感器节点具有与其他传感器节点相同的初始能量。由于节点电池不可再充电，因此节点在其电池的能量被消耗时死亡。3.1. 能量无线电模型在本文中，无线电硬件的轻模型（Heinzelman，2002）。两个模型已被用于能量消耗检查，自由空间模型efd2和多径衰落模型emd4。这两种模型都依赖于接收器和发射器之间的距离。无线电能量模型在图2中示出。因此，为了在距离d处发送k个分组，无线电消耗被给出为：ETXk;dETX-kETX-ampk;d一种新的ALEACH簇头选择方法。尽管如此，该算法实现了节点间能量的均衡分配，kωEkωefωd2;dd0<^^<ð3Þ影响选择合适的CH节点。Peng和Li（2010）的作者通过提出可变轮LEACH（VR-LEACH）来最小化能量消耗并延长网络寿命。然而，该算法依赖于在循环开始时CH中的剩余因此，在本文中，我们提出了一种新的技术，以提高能源消耗和延长网络的生命周期，通过增加在集群中的所有传感器节点之间的能量平衡。所提出的方法是基于两种增强方法。首先，对簇头选择方法进行了改进，以保证在无线传感器网络的所有传感器节点中稳定地产生簇头。在第二种情况下，TDMA调度被修改，以避免消耗更多的能量在较小的集群比大- ger集群。3. 网络模型和假设无线传感器网络中的节点部署是影响网络运行的一个基本问题，它影响着网络的路由、安全和能量等诸多无线传感器网络的生命周期取决于节点部署方法。靠近sink的传感器节点（距离它一跳）将比其他节点消耗更快的能量，因为它们必须接收和转发来自其他节点的数据包整个网络受到能量洞问题的影响从而克服ERXkERX-kkωE4其中，ETX：分组传输所需的能量利用能量：是电子能量，依赖于信号的滤波、调制、数字编码和扩展。ERX：分组接收所需的能量利用d0：等于EDA自由空间模型除以多径衰落模型的平方根。3.2. 最优簇头考虑有N个传感器节点，并且如果有集群划分网络，则每个集群有N=C个平均节点数在单个帧中的簇头节点中的能量消耗在等式2中给出。（五）：ECH<$kE N=CKEDAN=CKemd45其中，EDA：是聚合时消耗的能量。dtoBS：是从基站到簇头节点的平均距离在非簇头节点中用于将分组传输到簇头的能量消耗在等式中给出。（六）：这个问题，传感器节点和基站的位置，E非 CH¼kEkefd2ð6Þ用二维椭圆高斯分布函数定义。高斯toCHfa;b.！262M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud Universityffiffiffið ÞE在图二. 无线电模型其中，M2基于如何改变阈值T（n）来选择适当的CH节点。此外，每个传感器节点发送其更新的感测数据2toCH ¼2pCð7Þ只在它的发送槽中。允许每个传感器节点发送数据而不更新是不切实际的此外，传感器的不等式是非簇头节点到其簇头节点的平均距离。网络半径为R，每个网络的面积簇是M2=C。M=pC：决定簇的半径。因此，在单个帧中由集群耗散的总能量被给出为：E组团 1/4ECHCH非CHN=C框架耗散的总能量如下所示E共计1/4CE群集109个通过将Etotal相对于C微分为零，通过改进的TDMA调度机制，增强了传输机制，解决了造成簇间能量消耗不均衡的节点。4.1. 簇头选择修改簇头是在无线传感器网络的所有传感器节点中选出的传感器节点的样本。一旦传感器节点被部署以覆盖特定的地理区域，则发起用于第一轮操作的簇头选择的过程。传感器节点作为簇头的选举过程是一个占主导地位的过程。因此，所提出的修改LEACH算法考虑到一组被LEACH协议放错位置的有价值的因素可以获得簇头的数量：kp<$N<$ω<$e<$f<$1Memd这些因素包括每个传感器节点的剩余能量、多次选择10最佳¼p2p2TOBSCH节点与基站之间的距离 、相邻节点节点和当前轮中传感器节点的平均能量。对于仿真，我们认为所有传感器节点都是分布式的，在（x = 0，y = 0）和（x = 100，y = 100），基站位于（50，175）之间，自由空间模型efd2= 10 pJ/bit/m2，多径衰落模型emd4= 0.0013 pJ/bit/m4，利用这些因子，簇头的预期数量在1和6之间。通过仿真验证分析结果，发现CH的最佳数目在3-8之间每个传感器节点的邻居的数量已经在CH节点选举阶段。根据Handy et al. （2002），如果传感器节点在该节点的邻域的半径内，则这些节点被认为是传感器节点的邻居。具有更多邻居的传感器节点有更高的机会被选为CH节点。邻域的半径在等式中给出。（十一）： sM24. 该方法R邻域pωCð11ÞLEACH协议的缺陷可以归结为三个基本问题。第一个问题是关于不准确的选择传感器节点和它们的簇头之间的平均距离在等式中计算。（十二）、簇头节点和基站之间的平均距离在等式（1）中计算（十三）：的集群头。第二个由不平等引起的问题-MD12Þ每个集群内的传感器节点的低分布。在较小的集群中的传感器节点的能量消耗超过StoCH<$p2一个更大的集群。因为较小集群中的节点发送的数据量比其他节点大。dtoBS0：755ωM2ð13Þ第三个问题在稳态阶段已经形成每个集群内的所有传感器节点都在持续发送。即使不存在感测数据的更新，也执行发送这三个问题代表了降低低效率能源消耗的原因这种下降导致网络寿命的缩短所提出的方法提出了两种方法来解决可以增加网络寿命的另一个因素是每个传感器节点中的剩余能量水平。T n 乘以- 表示在等式2中给出的传感器节点的当前能量水平的因子。（十四）、我们的模拟表明，这种修改的簇头阈值可以增加生命周期的LEACH第一个淋巴结死亡（FND）减少15%。提到了LEACH协议的问题所提出的方法旨在减少扩展传感器节点的消耗功率的量。改进了簇头的选择方法中国新闻网Tn×Ereif n2G0别处ð14ÞD¼（M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University263dtoBSn×Ere：是当前轮中的剩余传感器节点能量。Ein：是初始传感器节点能量。这种修改有着严重的缺点。由于簇头阈值过低，即使仍有传感器节点有足够的能量向BS发送数据，但网络在多轮后仍会卡住。这个问题的解决方案是通过将T_n_i扩展因子E_a_v_g来解决的，该因子E_a_v_g增加了任何节点的簇头阈值，以确保数据被发送到BS，只要传感器节点是活的。具有比其他传感器节点更高的剩余能量的传感器节点具有高的机会被选择为CH节点。改进的阈值Tn2在等式中给出。（十五）（Tn1×.1-E1如果n2G4.2. 改进的TDMA调度该方法的目的是克服LEACH协议的弱点，减少在每个簇中的所有传感器之间的能量差距。因此，当执行簇头选择操作时，每个簇头广播广告消息以声明其自身为CH节点。基于广告消息的强度，接收到该消息的每个传感器节点将响应加入该簇头的请求。因此，每个簇头都知道将要加入它的传感器节点的数量。当然，每个簇中加入的传感器节点的数量是不同的。稳态阶段被分解成帧，其中属于集群的每个传感器节点在其时隙期间每帧最多发送一次其数据。簇头将被唤醒以接收来自簇中节点的稳健的时间线操作2019年12月22日avg0别处ð15Þ状态比设置阶段长。经过一段时间后，网络再次进入另一轮，从建立阶段开始，以稳态阶段结束。在每一轮中，选出一个新的簇头Eavg：是当前轮中所有传感器节点的平均能量。距离是影响簇头阈值的另一个因素。传感器节点与基站之间的距离越远，向基站发送数据所消耗的能量越多。因此，当量（16）计算：形成新的集群。因此，可以基于轮数来计算网络寿命。在LEACH协议中，每个簇的稳态阶段的持续时间将相同。在稳态阶段，具有少量节点的集群将比具有较大节点的其他集群消耗更多的能量，因为发送它们的数据的频率比其他集群多。因此，在所提出的方法中，分四个步骤来解决这个问题。所提出的协议如图所示。3公司简介（Tn2×dtoBSav如果n2Gð16Þ步骤1. 每个簇头计算传感器节点0别处dtoBSav：是网络中传感器节点到基站的平均距离。dtoBSn：传感器节点到基站的距离影响簇头选择的最后一个因素是节点被选为簇头的次数此外，发送节点到接收节点之间的距离接下来，Eq。（17）是一个新的修正阈值公式。这个公式是使用MATLAB 2015a进行多次实验得出的。经历以下所有因素以获得选择适当CH节点的准确性（T<$n<$3× <$1- log10d<$1×Nbn，如果n2G根据接收请求的数量分配给其集群。步骤2.每个簇头将广播一个消息，其中包括它自己的节点的数量附在整个簇头在无线传感器网络。最后，每个簇头知道最大簇的容量。步骤3.最大集群的容量被选择为稳态阶段在所有集群中TDMA调度的实施持续时间。步骤4.每个簇内的每个传感器节点都有机会在稳态阶段根据修改的TDMA传输数据因此，所有节点将向其簇头发送相同数量的数据因此，所有节点将消耗相同数量的能量。包含少量数据陈文新其中：CHs0别处ð17Þ在发送了当前稳态阶段的数据量之后，节点在稳态阶段的剩余时间内进入睡眠模式。它CHs：节点被选为簇头的时间。Nbn：是n个节点的邻居数。基于从公式推导出的阈值，执行以下操作- 每个传感器节点将生成一个0到1- 将生成的数字与从公式中获得的阈值进行比较。- 如果选择的随机数小于阈值，则传感器节点将成为本轮的CH节点。该公式保证了具有较高能量水平的传感器节点将有较高的机会在当前轮中成为簇头。此外，它保证了只要传感器节点是活的，数据就被传输到基站。此外，随着传感器节点和基站之间的距离增加，在当前轮中成为簇头的机会最小化。节点的能量水平。图4中示出了用于稳态阶段的修改的TDMA示例。所提出的方法和LEACH协议之间的差异可以在下面的示例中阐明考虑一轮来自4个集群的20个 每个节点都有一个唯一的ID，从1到20排序。LEACH协议中用于4个簇的TDMA调度如图所示。 五、假设每个传感器节点花费x ms将感测到的数据发送到簇头。在集群（A）中，从节点8开始直到节点16的每个节点将花费x ms来发送其感测数据。这意味着每个传感器节点在稳态阶段仅发送1次数据这一轮的CH。相反，在仅包含两个传感器节点的集群（D）中。即，节点15和节点17。在这一轮的稳态阶段，它们中的每一个将有4个时间来发送感测数据。这意味着，每个传感器节点有机会在此轮的稳态阶段期间向其CH发送四次。因此，传感器节点15和17的能量比集群（A）中的节点消耗更多。264M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University×图三.拟议修改LEACH的流程。图四、稳态阶段的改良TDMA图五. LEACH中的TDMA用于稳态阶段。然而，根据所提出的方法，每个簇头发送修改后的TDMA时间表给他们的成员。因此，每个传感器节点都知道其分配的时隙来向其CH发送数据。此外，每个传感器节点都知道何时必须关闭其无线电并进入睡眠模式。如图4所示，图4显示了修改后的时间表。在群集（A）中，节点1发送数据1次，并且在群集（D）中，节点17也在稳态阶段期间发送数据1次。没有一个传感器节点会比整个网络中的其他节点发送更多的数据这种增强达到了平衡，以克服传感器节点在集群中的不平等。此外，它保护每个传感器节点的能量不被低效消耗。5. 仿真结果和分析使用MATLAB 2015a对所提出的方法进行了仿真实现了二维椭圆高斯分布无线传感器网络是由100个传感器节点，部署在100 100平方米的基站位于（50，175）。初始M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University265表1模拟参数。参数值号的. 100回合p0.1或100%E≤50 nJ/位Efs10 pJ/bit/m2EDA5 nJ/bit/messageEamp0.0013 pJ/bit/4控制数据包大小25字节数据包大小500字节每个传感器节点的能量为5J。所提出的方法的模拟平均运行20次。将仿真结果与LEACH协议、LEACH-MAC、IBLEACH、VRLEACH 和A-LEACH的测试结果进行了比较。所提出的模拟和其他协议的测量结果之间的com-course进行基于四个性能指标，包括，簇头的数量，网络寿命，接收的数据包的数量，假设在基站和总能量耗散的能量。建议的模拟参数如表1所示。5.1. 结果5.1.1. 组组长簇头的数目对无线传感器网络的能量效率有着极大的影响。随着簇头数目的增加，由于这些簇头节点执行大量的聚合过程，能量被严重消耗。另一方面，由于簇头节点的数量被最小化，每个簇头节点聚集的数据量大，周期长，能量消耗也很大，每个簇头节点都需要与基站通信来提交大量的聚集数据.这样一来，这些人就早死了。因此，在连续的轮中，需要CH数在最佳数附近的稳定性以获得平衡的能量消耗。 图图6显示了与LEACH、ALEACH和IBLEACH相比，每轮中的簇头数。实验结果表明，作为一种有效的簇头算法，最佳簇头数目为5个左右，见图6。 簇头数与轮数。表2簇头计数分三轮进行。协议轮R 5R 12R 26浸出245IBLEACH434ALEACH447改良LEACH355见图7。 网络生存时间基于死亡节点的数量。最佳数量，以实现比其他数量更好的性能。这种改进是基于改进的簇头选择算法，也增加了轮数。表2显示了三轮协议之间的比较。IBLEACH在某些回合中实现了最佳簇头数等于5的稳定性，这是由于通过将簇头工作分配给其簇成员来分配整个传感器节点的能量消耗。5.1.2. 网络寿命网络生命周期被定义为第一个节点死亡（FND）和最后一个节点死亡（LND）之间的最大时间量。由于一个传感器节点的数据丢失会影响最终结果，因此网络的稳定期较长是一个重要要求。图7示出了VRLEACH、IBLEACH、LEACH-MAC、ALEACH和LEACH以及所提出的修改的LEACH的寿命。据观察，在提议的LEACH中，与第5轮的LEACH相比，它将FND增强到第16轮，而VRLEACH在第11轮，IBLEACH和LEACH-MAC都在第14轮。在第16轮中，LEACH丢失了13个传感器节点，相比之下，IBLEACH 3个节点，VRLEACH 7个节点，LEACH-MAC 2个节点和ALEACH 4个节点。因此，在稳定期方面有显著的改善，这是某些应用所需要的。这是由于在稳态阶段修改了簇头阈值并平衡了传感器节点之间的能量而导致的正常结果。表3显示了不同回合14、24和30中的5.1.3. 基站的数据包数量在所提出的方法中，在基站处接收的分组的数目大于每个基站接收的分组的数目。266M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University表3三轮中的死节点数协议轮R 14R 24R 30浸出113560VRLEACH43060IBLEACH12048LEACH-MAC11548ALEACH32351改良LEACH01446见图8。 数据包数量与能量（J）。其他比较方法如图所示。8.第八条。通过能量消耗来估计分组的数量，能量消耗的稳定性越高，在基站处接收的分组的数量越多。这种增强是由于簇头选择方法，它确保了一个均衡的生成的簇头之间的所有集群。这种平衡导致CH选择的稳定性，从而导致能量耗散的规则性。这种改进的另一个原因是修改的TDMA，它确保所有传感器节点由于发送相同量的数据而具有大致相同的能量。能量消耗越有规律意味着在BS处接收的分组的数量越多表4不同节点数的仿真结果。节点编号算法类型甲烷和非甲烷活节点数N = 100浸出0.01585N = 200改良LEACH浸出0.00110.01351518N = 300改良LEACH浸出0.00120.01873033改良LEACH0.0014525.1.4. 能耗能量消耗是指网络执行传输、接收和数据聚合所消耗的总能量。基于簇头节点和簇成员节点的能量消耗，对不同方法进行了比较。对于这两种情况，模拟运行的节点数量分别为100、200和300。如图9所示，与所有其他方法相比，所提出的修改的LEACH方法实现了最小的能量消耗。此外，簇头节点和簇内节点的能耗都得到了提高。这种改进是由于在传输之后分配给每个传感器节点的关闭和睡眠模式以及之前提到的适当的CH选择而实现的最后，关闭和睡眠模式保护传感器节点从低效的传输和簇头从空闲的监听阶段。表4示出了针对不同传感器节点编号的LEACH和修改的LEACH两者的能量消耗和活节点编号6. 结论和今后的工作本文提出了一种增强无线传感器网络LEACH协议路由过程的有效方法。提出了两种新的方法。第一种方法的目标是在每轮为每个簇选择合适的簇头节点。这是通过修改簇头选举阈值来完成的。 第二种方法有针对性地避免了一些传感器节点的过程，这些节点发送的数据包比整个网络中的其他节点多。 我们解决这个问题，重新调度的TDMA时间表，为每个见图9。 能耗与节点数量。M. Elshrkawey等人/Journal of King Saud University267传感器节点由其簇头来平衡所有节点发送几乎相同的数据量。遵循这两种方法的步骤，将提高无线传感器节点的能量消耗。因此，与LEACH协议相比，无线网络的生命周期得到了延长利用MATLAB2015a仿真验证了所提方法的实现结果。通过实现，与LEACH等改进协议在网络生存时间、簇头数、能耗和转发到基站的数据包数等方面进行了比较，结果表明，该方法具有更好的性能。在未来的本文仅针对能耗问题以及如何降低能耗进行研究。我们我们还将做更深入的研究，将这种方法应用到现实世界的环境中。引用阿里，理学硕士，Dey，T.，比斯瓦斯河，巴西-地2008. ALEACH：无线微传感器网络的高级LEACH路由协议。ICECE 2008年。电子与计算机工程国际会议，pp。909-914.http://dx.doi.org/10.1109/ICECE.2008.4769341。Murali，V.，2016.基于LEACH的节能协作无线传感器网络分析。在：Satapathy，C.S.，（编）。印度新德里：Springer.doi：10.1007/978-81-322-2517-1_35.Heinzelman，W.B.，2002.无线微感测器网路之应用特定协定架构。IEEE Trans.无线通信1（4），660得双曲正切值. doi.org/10.1109/TWC.2002.804190。作者：Long，Ji-Zhen，Chen，Yuan-Tao，Deng，Dong-Mei，L.I.，方，李，2011.基于 LEACH 协 议 的 辅 助 簇 头 分 簇 算 法 。 Comput. 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