無線傳感器網絡LEACH路由協議的簇頭多跳算法

【摘要】 LEACH路由協議作為無線傳感器網絡常用的一種路由協議，存在簇頭分布不均、網絡拓撲及能量消耗不均衡等問題，不能有效的降低無線傳感器網絡的節能能耗和延長網絡生存時間。針對這些問題，在LEACH協議基礎上發展出一種新的協議——簇頭多跳算法。

【關鍵詞】 無線傳感網絡 LEACH協議 簇頭多跳算法

一、引言

LEACH路由協議的簇頭多跳算法是充分結合Handy等人提出的DCHS簇頭選擇策略之后在LEACH協議基礎上提出的，它不僅考慮了節點剩余能量因素，還考慮到了網絡拓撲結構問題，在非簇頭節點中選取一個通信簇頭節點（此通信簇頭節點將不會加入任何簇中）接收已進行數據融合的結果數據的各簇頭節點，然后再進行數據融合后發給基站BS，達到延長網絡生命周期的效果。

二、簇頭多跳算法——LEACH-MUL

1.簇頭多跳算法基本原理。簇頭多跳算法基本原理就是：距離基站比較遠的簇頭通過建立多跳路徑與基站進行通信，從而降低自身能耗；同時距離基站比較近的簇頭可以直接與基站通信。此外，網絡中的感知節點和簇頭都是移動的，而基站是不動的，傳感器節點通過GPS進行信息檢測和發射。

2.通信簇頭的選擇。簇頭選擇的原理如下：依據簇頭的數量把整個區域劃分為子區域，再為每一個子區域選取簇頭。先利用閾值進行一定的篩選，然后在均勻分布的各個子區域內選取一個簇頭。如果第n個子區域的節點數為Mn，節點坐標為（xi，yn），速度為vn，則簇頭最佳位置為：

，

由于節點都是在移動的，所以要特別注意節點移動方向與連接節點最佳位置的相對夾角，且夾角越小越好。這里要注意的是，若簇頭移動速度過快，可能會破壞簇，所以要適應整個網絡的移動速度進行移動。且節點簇頭在移動中會損耗能量，所以節點i為簇頭的代價函數為：

其中，Cim隨θi*，vi*，di*變小而變小，所以最佳簇頭選擇為Cim最小節點。

節點簇頭的選擇還是受該節點到基站距離的影響。其實，通信簇頭的選擇也就是根據非簇頭節點到各個簇頭的強度之和、自身的剩余能量以及到基站的距離，進行相應的計算得出其中的關系參數Th（i），定義如下：

Th（i）=

其中，str（adv）表示節點接收到的ADV小型強度；En（i）表示節點的剩余能量；Dist（i）表示節點到基站的距離。

3.在通信簇頭選定后，向四周的普通節點進行信息廣播，那么每一個簇頭都會接收到四周相鄰的信息，同時各個簇頭會把接收到的信息進行相應的保存，根據這些信息找出到基站的所有路徑，在考慮自身剩余能量之后，選取最佳路徑，選擇要加入的簇，同時進行廣播信息。

4.各個簇頭節點在進行數據融合后把結果數據發送到通信簇頭，通信簇頭在此基礎上再進行數據融合然后發到基站。

綜上所述，無線傳感器網絡LEACH路由協議的簇頭多跳算法減少了簇頭直接與基站通信的能耗，從而推遲了簇頭的死亡時間，然后在通信簇頭融合從各個簇頭節點的數據整合后的結果數據之后，可以大大降低網絡能源的消耗，從而提高網絡整體生存時間。

三、LEACH算法與簇頭多跳算法對比

LEACH算法采取的是各節點直接與基站進行通信，在這個過程中沒有任何節點控制選擇，導致簇頭能量消耗出現不均勻現象，在節點剩余能量不夠時，還擔任著通信簇頭，加速了該節點的死亡，以此類推，該協議不能有效的進行網絡生命周期延長；而LEACH-MUL算法結合了DCHS簇頭選擇策略，是對LEACH路由協議的改進，各節點根據與基站距離的遠近進行相應的多跳，降低自身能量消耗，從而達到延長網絡生存時間的目的。

四、結束語

總而言之，無線傳感器網絡LEACH路由協議的簇頭多跳算法把網絡節點剩余能量和網絡拓撲結構問題都考慮在內，使網絡中的能量均衡消耗，能夠有效的延長無線傳感器網絡的生命周期。

參 考 文 獻

[1] 韋小玲，王玉斌，余興超，董榮勝. 無線傳感器網絡LEACH路由協議的簇頭多跳算法[J]. 廣西科學院學報，2010（4）

[2] 張緒昌，謝志軍，何加銘. 移動無線傳感網絡簇頭多跳路由協議[J]. 移動通信，2013（6）

[3] 偉超，代增全，徐啟建. LEACH協議簇頭選擇算法的改進[J]. 無線電工程，2010（40）