[發明專利]一種基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法

有效

• 申請號: 202111663901.5
• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114286417B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 夏長權;時壯壯;朱穎;徐思韻;汪李超;鄧小穎;朱金榮;王斌
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H04W40/32
• 分類號: H04W40/32;H04W40/10;H04W40/20;H04W84/18;H04W52/02
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

1.一種基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：包括，

對無線傳感器網絡中的所有節點進行初始化；

判斷節點與基站的距離，若小于自身通信距離則直接與基站進行通信，反之在考慮節點與基站的距離及其自身剩余能量的情況下進行簇頭選舉；

節點根據接收信號的強度選擇所加入的簇，若節點到簇頭的距離超出自身的通信距離，則根據距離矩陣選擇最近的簇頭加入；

當其簇成員個數超出平均簇成員個數，超出的節點分別選擇剩余能量最大的簇頭加入；

若節點與最大能量節點的距離超出自身通信距離，則選擇普通中繼節點中繼；

若簇頭到基站的距離大于自身通信距離，則選擇合適的簇頭節點進行中繼，否則簇頭直接與基站通信。

2.根據權利要求1所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：進行初始化之前，需建立無線傳感器模型，包括：

節點隨機分布在一片方形區域，節點在部署完畢之后不再移動，定義各個節點可以感知自身的位置信息，且每個節點擁有唯一標識；

基站的位置在傳感器區域之外的固定位置，固定不動，定義基站能量無限；

所有節點初始能量相同且有限，具有一致的數據處理和數據傳輸能力，與匯聚節點相互通信；

簇頭節點之間相互知曉彼此的位置信息以及自身與基站的距離信息。

3.根據權利要求1或2所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：建立無線傳感器網絡中的能量模型，包括：

式中,E_elec是發射和接收電路的單位能量消耗，ε_fs和ε_amp代表自由空間模型和多徑衰減模型是傳輸放大電路的能量消耗；d₀是距離閾值。

4.根據權利要求3所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：距離閾值d₀的定義公式為:

5.根據權利要求4所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：一個節點接收l長度的比特數據量所消耗的能量公式為：

E_RX＝l*E_elec

6.根據權利要求5所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：簇頭選舉包括，

通過考慮其自身剩余能量以及和基站的距離，定義一個加權系數a、b，且a+b＝1；

改進閾值公式為：

其中p代表節點中成為簇頭的幾率，Node(i).power代表節點當前的能量，Node(i).avd是節點到基站的平均距離,其計算原理為每一個節點到基站的距離之和再除以節點個數；r是目前形勢下的迭代輪數，rmod(1/p)代表當下已經被選中為簇頭的節點數量；G代表1/p中未能被選為簇首的全部節點。

7.根據權利要求4～6任一所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：

平均簇成員的個數計算公式包括，

其中：n為無線傳感器模型里節點的個數，p為節點里成為簇頭的概率，n-n*p表示除了簇頭之外普通節點的個數，一個n*p代表簇頭的個數也代表簇的個數，N表示簇成員的個數。

8.根據權利要求7所述的基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，其特征在于：

最大剩余能量簇頭的選取方式包括，

利用簇頭的能量減去節點存活所需的最小能量E0，再除以該簇成員的個數，得到每一個節點所能分配的能量E(j)；

通過Max函數和index函數確定E(j)的最大值及其最大值的索引，E(j)最大值的位置即對應最大剩余能量簇頭的位置。