一种基于剩余能量的LEACH算法改进-论文.pdf

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1、2014年第6期信息通信2014(总第138期)1NFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum．No138)一种基于剩余能量的LEACH算法改进朱晓蓉(南京铁道职业技术学院，江苏南京210031)摘要：分析了LEACH(Low—EnergyAdaptiveClusteringHierarchy)路由协议，提出了一种改进算法。该算法在LEACH协议的基础上，同时考虑到节点剩余能量与初始能量的比值，对簇首的选举概率加以改进，修正了原协议的簇首选举概率公式。在改进公式中选择不同的调节参数，分别进行了模拟仿真试验。结果表明，改进后

2、的算法降低了整个网络能量消耗，延长了网络的生存周期。关键词：无线传感器网络；分簇路由算法；网络生存周期；能量有效性；LEACH中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1673．113l(2014)06—0076．02lLEACH协议工作原理I．口．兰!竺!LEACH协议全称为“低功耗自适应分簇路由协议”。该协()：{1-p×(，mod-1)()；if(∈G)(1)Ip议核心思想是：通过节点间的相互协作，控制簇群的建立；采用【O；otherwise簇首轮换技术，实现簇群的动态改变，均衡整个网络的能耗分式(1)中，P为期望的网络中簇首

3、所占百分比，r为当前运布，延长网络的生存周期Ⅲ。行轮数，n为网络中用于标识节点的编号；G的含义同LEACH，2LEACH协议算法的缺陷分析表示在过去_=1_轮中未充当过簇首节点的集合。传统的LEACH协议实现简单，自适应强，运行中每个节Eresidual(n，r)表示节点n在当前r轮中的剩余能量，Einit点轮流担当簇首，平均了整个网络的能量消耗，与平面路由协(n)表示节点n在网络开始运行时的初始化能量。Eresidual和议相比，有更长的网络生存周期0。但是，我们发现了LEACHEinit这两个参数都是节点自己的内部信息，由节点自己来

4、维护协议的一些不足：的，不需要与其它节点进行通信。通过Eresidual和Einit的比(1)LEACH协议在进行簇首选择时，因为节点自身产生随值对阈值T(n)的调节，可以使能量消耗比例大的节点通过减机数的不确定性导致无法在每轮中产生固定数目的簇首。簇小T(n)的值，来降低其成为簇首的概率；相反，对于能量消耗比首数目的不稳定性导致了网络在某些轮中可能生成较多的簇例较小的节点，通过增大T(n)的值，提高其成为簇首的概率。首，而在其它轮中产生较少的簇首。式(1)中，参数q为一个与能量相关的调节参数，用于调节(2)每一轮中簇群节点数目差别较大

5、，有些簇群非常庞大，节点能耗因素对阈值T(n)的影响。如何选取qi的值，使得网络成员节点较多，有些簇群只有很少甚至没有成员节点。这样，性能达到一个比较好的值也是本文研究的一个重点。极易造成整个网络的负载不均衡，最终这种情况将导致某一些3_3仿真分析节点因为能量过早耗尽而死亡。3-3．1仿真试验场景与参数设定(3)簇首节点位置分布不均匀。有些簇首过于集中或者相邻，假设网络中225个节点随机分布在150mx150m有些簇首分布于整个网络区域的边缘。这样，某些簇内成员节点不得不通过远距离的传输来与簇首通信，导致消耗大量能量。的区域内，所有节点

6、初始化能量相同。网络仿真参数(4)随着网络的运行，某些节点可能由于先期承担了过多的如表1所示。任务而只有很少的剩余能量。如果没有考虑节点的剩余能量，表l网络仿真参数在后期节点剩余能量普遍较低的情况下，簇首选举中不幸选到网络覆盖区域M×Ml50m~l50m了能量特别低的节点，将无法承担相关任务，导致通信失效。网络总共节点数目N2253改进方案与仿真结果分析基站坐标(位于网络中心)(75m，75m)3．1网络能耗性能评价标准网络中期望簇首百分比PO．1为了方便改进后的协议与原来的LEACH协议进行对比，参数e6lopJ／bit／mz参数e～

7、0．0013pJ／bit／m4我们采用衡量网络性能的两个常用指标是：网络生存周期和每轮网络总能量消耗Ⅲ。接收和发送电路能耗Ed50nJ／bit3．2基于剩余能量的改进方案簇首数据融合能耗EDA5nJ／bifsignal数据包大小L400byte在分析LEACH协议缺点的时候，其中提到了：随着网络节点初始化能量EO1．5J的运行，某些节点可能由于先期承担了过多的任务而只有很少的剩余能量。如果没有考虑节点的剩余能量，在后期节点剩余3．3．2基于剩余能量的改进方案仿真与分析能量普遍较低的情况下，簇首选举中不幸选到了能量特别低的利用式(1)进行

8、了模拟仿真试验，从节点存活数目即网络节点，将无法承担相关任务，导致通信失效。本改进方案利用生存周期对试验结果进行分析。值得注意的是：当循环轮数达节点剩余能量对簇首选举的阈值T(n)进行了改进，其它簇群的到一