[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

本發明公開了一種基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，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；本發明經過改進的分簇算法和多跳傳輸，無線傳感器網絡的生命周期得到了有效的延長。

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡技術領域，尤其是一種基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法。

背景技術

物聯網技術(Internet of Things，IoT),是指將事物通過信息傳感設備，使用相關的協議接入互聯網。這其中無線傳感器網絡(WSN)成為了物聯網領域的熱門話題。它具有體積小、重量輕的特點，具有感知、通信和數據處理能力，是一種全新的信息獲取平臺。能夠實時監測和采集網絡分布區域內各種監測對象信息，并將這些信息發送到網關節點，以實現指定范圍內目標的檢測與跟蹤。WSN具有移動性和自組織性，是一個動態的大規模網絡。

網線傳感器的網絡節點一般由電池供電，電池由于容量限制且不能很方便的更換和充電。因此如何在網絡工作的過程中節省能量，延長網絡的生命周期，是無線傳感器網絡的重要課題.而LEACH協議以循環的方式隨機選擇簇頭節點，將整個網絡的能量負載平均分配到每個傳感器節點中，達到了降低網絡能源消耗、提高了網絡整體生存時間。但是LEACH算法的簇頭選擇機制忽略了節點的具體位置，存在簇頭分布不合理問題，導致有的區域簇頭集中，有的區域沒有簇頭，極易形成極大簇和極小簇，使得能耗不均；由于簇頭選舉相對隨機，有的節點即使剩余能量少也會被選作簇頭，這使得節點很快耗盡能量而死亡，不利于延長網絡壽命。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例，在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述和/或現有技術中所存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明所要解決的技術問題是現有方法忽略節點位置，簇頭分布不合理，使得能量消耗不均，網絡壽命短的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法，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。

作為本發明所述基于LEACH協議的分簇優化及多跳傳輸方法的一種優選方案，其中：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；