基于分簇wsn路由算法探究和改进

《基于分簇wsn路由算法探究和改进》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于分簇WSN路由算法探究和改进　　摘要：为了更好地满足无线传感器网络（WSN）低功耗的要求，延长网络的生存周期。对WSN分簇路由算法LEACH（低功耗自适应分簇）的簇头节点选择机制进行改进，提出了改进算法LEACH-IMP，实现减少网络能耗、延长网络生存周期的目的。利用网络仿真工具NS2进行仿真，对LEACH算法与改进算法进行比较与分析，仿真结果表明，改进算法有效地延长了网络的生存周期。关键词：WSN路由算法分簇LEACH生存周期中图分类号：TP393；TN915文献标识码：A文章编号：1007-9416（2

2、013）12-0131-021引言随着传感器技术、无线通信技术、微系统技术、嵌入式计算机技术的飞速发展，推动了低成本、低功耗、多功能的无线传感器网络（WirelessSensor5Network，WSN）的快速发展。WSN由大量部署在监测区域内的传感器节点构成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统，其目的是协作地实时监测、感知和处理网络覆盖范围内的监测对象的信息，并将信息通过互联网发给观察者[1]。WSN是信息监控和采集的一项新技术，作为一个全新的科学研究领域，不论是基础理论研究还是实践应用都还处于起

3、步阶段，存在许多挑战性的研究课题。WSN是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，具有的众多类型的传感器，可探测包括温度、湿度、地震、电磁、噪声、光强度、压力等周边环境中多种多样的现象。被广泛地应用于环境监测、医疗卫生、国防军事、机械设备测量、工农业等领域[2]。2WSN路由协议WSN路由协议是无线传感器网络的一个关键技术，也是当前研究的一大热点，路由协议的好坏直接影响着网络的性能。WSN的应用背景千差万别，针对不同的应用环境，研究人员提出不同的路由协议。从网络结构和数据传输模型出发，可将

4、WSN的路由协议分为平面的、分簇的、基于地理位置的、基于服务质量的四种路由协议。分簇路由协议的基本思想是：在所有传感器节点中选择一部分节点充当簇头节点，其余的非簇头节点选择性加入到相应的簇中形成一个簇。簇内节点进行数据采集并将数据转发给簇头节点，簇头节点对簇内节点发来的信息进行数据融合和处理并转发给汇聚节点，从而达到节省能量和提高可扩展性的目的。比较典型的分簇路由协议有LEACH、LEACH-C、PEGASIS、HEED等[3]。3LEACH协议3.1LEACH协议5LEACH（LowEnergyAdaptiv

5、eClusteringHierarchy）是一种典型的WSN分簇协议，由MIT的Heinzelman等人为WSN专门设计的一种低功耗自适应主动网络聚类路由协议，在WSN的路由协议中占据重要的地位[4]。LEACH是通过数据压缩和按轮分簇的方法降低了网络的能耗，使得网络的负载比较均衡，有效地延长了网络的生存期。3.2LEACH协议簇头选择机制4.1LEACH协议的不足LEACH协议选择簇头节点时，没考虑节点的剩余能量。LEACH的簇头选择算法中，节点能否当选为簇头节点的概率只和网络中簇头节点在所有节点中所占的比例

6、和节点是否当选过簇头节点有关联，没有考虑节点的剩余能量。4.2改进算法LEACH-IMP在选择簇头节点时，若能考虑节点的剩余能量，使高能量的节点有更大的概率成为簇头节点，就能有效避免低能耗节点当选为簇头。由式（2）可知，改进后的算法在设置门限值时引入节点的剩余能量，把节点的剩余能量作为当选为簇头节点的一个影响因子。这样可以有效的避免将低能量级的节点选举为簇头节点，延长整个网络的生存期。5仿真实验5仿真实验利用网络仿真工具NS2进行仿真[5]，采用的模拟参数值有，网络的节点数N为100个，每个节点的初始能量E2都

7、为2J，网络带宽为2M/s，网络的覆盖区域为100m×100m，协调器节点（Sink节点）的坐标为（50，100），每一轮的时间为20s，时间片的大小为0.023s，数据包大小为4000bit，广播包的大小为200bit。为了验证该理论结果，用上面的参数值在NS2上进行仿真实验，分析网络总能耗和网络节点存活数量在LEACH和LEACH-IMP不同算法之下两个指标的对比关系。仿真结果如下：由（图1）可得改进算法LEACH-IMP的能耗比较少，提高了能量利用率，延长了网络的生存周期。由（图2）可看出LEACH-IM

8、P算法有效地延长了网络的生存周期，LEACH算法在150s左右就开始出现死亡节点，而LEACH-IMP算法在350s才开始出现死亡节点。综上可得，改进算法LEACH-IMP减少了网络中节点的总能耗，提高了网络的能量利用率，有效地延长了网络的生存周期，与所得理论相符，验证了理论结果。6结语5本文研究了WSN的路由协议，重点对LEACH路由算法进行了分析及改进，提出了改进算法LEACH-I