[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于LEACH協(xié)議的簇頭選舉改進(jìn)算法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210048921.6
• 申請(qǐng)日: 2012-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102547904A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曙;李天池
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W40/02
• 分類(lèi)號(hào): H04W40/02;H04W84/18
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 王緒銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于Leach協(xié)議的簇頭選舉改進(jìn)算法，屬于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是由大量體積小、成本低，具有感知、通信和數(shù)據(jù)處理能力的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，具有自組織成網(wǎng)和隱蔽性好的特點(diǎn)。WSN節(jié)點(diǎn)使用電池供電，一旦部署，更換電池很難實(shí)現(xiàn)，因此能量受限是WSN的重要特征之一，如何降低網(wǎng)絡(luò)能耗是設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)必需考慮和解決的關(guān)鍵問(wèn)題，Leach協(xié)議是一種經(jīng)典的分層路由協(xié)議，它的能量利用率較高。但是其全網(wǎng)隨機(jī)分配簇首的方式也帶來(lái)了一定的能量浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于Leach協(xié)議的簇頭選舉改進(jìn)算法。

本發(fā)明在滿(mǎn)足以下條件的系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上提出：

定義節(jié)點(diǎn)區(qū)域?yàn)镕，N個(gè)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布，普通節(jié)點(diǎn)大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，并周期性醒來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)；簡(jiǎn)化的系統(tǒng)模型為：

1)節(jié)點(diǎn)空間分布等密度且隨機(jī)，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(x，y)可知；

2)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有唯一的ID，具有數(shù)據(jù)融合功能；

3)所有節(jié)點(diǎn)同構(gòu)對(duì)等，無(wú)線傳播范圍相同；

4)節(jié)點(diǎn)具有組簇能力；

5)保證所有節(jié)點(diǎn)，都在彼此的通信范圍內(nèi)，并都可以和匯聚節(jié)點(diǎn)(sink節(jié)點(diǎn))通信

本發(fā)明是由以下方式實(shí)現(xiàn)的：

一種基于Leach協(xié)議的簇頭選舉改進(jìn)算法，將原Leach協(xié)議的簇頭選舉算法分為三種簇頭選舉算法：全網(wǎng)簇頭選舉、半網(wǎng)簇頭選舉和簇內(nèi)簇頭選舉。首先在Leach改進(jìn)算法中設(shè)定一個(gè)能量閾值，在每個(gè)簇周期開(kāi)始時(shí)，判斷現(xiàn)有各簇中是否存在簇平均能量小于此閾值的情況；如果存在，存在這種情況的簇發(fā)起半網(wǎng)簇頭選舉號(hào)召，其他簇根據(jù)本簇情況，決定是否響應(yīng)此號(hào)召，所有響應(yīng)此號(hào)召的簇，將在下一輪中進(jìn)行半網(wǎng)簇頭選舉；如果不存在，各個(gè)簇頭再判斷自己的剩余能量是否小于本簇的平均能量，如果比平均能量小，則在本簇內(nèi)啟動(dòng)簇內(nèi)簇頭選舉，否則，不進(jìn)行任何簇頭選舉；由此可避免每輪都進(jìn)行全網(wǎng)的簇頭選舉；而每隔定值輪數(shù)，將會(huì)強(qiáng)制進(jìn)行全網(wǎng)選舉，以平衡半網(wǎng)選舉可能導(dǎo)致的不平衡。

全網(wǎng)簇頭選舉算法

在進(jìn)行全網(wǎng)簇頭選舉時(shí)，使節(jié)點(diǎn)剩余能量大、距離Sink節(jié)點(diǎn)近的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先成為簇頭；節(jié)點(diǎn)剩余能量率函數(shù)為

Ep(i)=Er(i)Eo---(1)]]>

其中，E_r(i)代表節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前剩余能量；E_o代表節(jié)點(diǎn)所在簇的平均能量；

網(wǎng)絡(luò)在部署階段，Sink節(jié)點(diǎn)以較大的功率在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播一個(gè)消息，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算它到Sink節(jié)點(diǎn)的近似距離d_i，并將自己的id和d_i發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn)，使Sink節(jié)點(diǎn)掌握一個(gè)含有節(jié)點(diǎn)id號(hào)與距離的對(duì)照表；距離因子λ定義如下：