一種基于多跳與按數(shù)據(jù)量-距離分發(fā)的LEACH協(xié)議優(yōu)化

潘 華， 陳佳品， 丁 凱， 林鳳德

(1.上海交通大學微納電子學系，上海 200240； 2.近地面感知與探測重點實驗室，江蘇 無錫 214000)

0 引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)[1]是由多個節(jié)點組成的自組織網(wǎng)絡(luò)。在軍事、航天等領(lǐng)域有極為廣泛的應(yīng)用，本文的背景是基于一個智能雷場項目的雷場節(jié)點壽命研究。智能雷場是通過對一片雷場區(qū)域內(nèi)的地雷上安裝傳感器節(jié)點，達到實時收集戰(zhàn)場態(tài)勢信息以及使地雷之間能夠相互通信，最終能夠產(chǎn)生一種選擇性智能爆炸的效果。而雷場節(jié)點指的就是安裝了具有無線通信功能的傳感器節(jié)點的地雷。由于在軍事領(lǐng)域，傳感器節(jié)點一般都是一次性部署而不進行維護，其壽命通常由電池能量決定，然而，WSN自身的特點決定了一旦某個節(jié)點由于能量耗盡而死亡，將會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的變化，甚至可能導(dǎo)致通信中斷等不可靠行為發(fā)生。如何最大限度地降低雷場節(jié)點的能量消耗，對延長整個雷場網(wǎng)絡(luò)的壽命至關(guān)重要。在這種情況下，國外研究者提出了低能量自適應(yīng)聚類路由(LEACH)協(xié)議[2-3]——一種最早的分簇路由協(xié)議。本文在深入理解LEACH協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合以上幾點因素，對LEACH協(xié)議進行改進，目的是得到一種更加節(jié)能的路由協(xié)議。

1 LEACH協(xié)議描述

LEACH協(xié)議定義了“輪”的概念[4]，協(xié)議以輪為周期執(zhí)行，每一輪的過程包括分簇和穩(wěn)定兩個階段。在分簇階段，WSN各個節(jié)點隨機生成一個0～1之間的數(shù)字，然后將該數(shù)字與一個設(shè)定的閾值公式得出的值進行比較，若該隨機數(shù)小于閾值，并且該節(jié)點在前1/p(p為當前輪中節(jié)點成為簇頭的比例)輪內(nèi)未當選為簇頭節(jié)點，則該節(jié)點被選為本輪的簇頭節(jié)點。……