一種基于LEACH的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議的分析與改進.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，簡稱WSN）是融合了計算機網(wǎng)絡(luò)、通信和傳感器這三項技術(shù)的交叉應用，在軍事作戰(zhàn)、環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)療搶險、交通控制、家庭自動化和其它商業(yè)應用領(lǐng)域具有十分廣闊的應用前景。目前國內(nèi)外對WSN的研究尚不成熟，及時開展此項前沿科技的研究，對國家發(fā)展具有重大的應用價值和戰(zhàn)略意義。
　　 本文首先介紹了WSN 路由協(xié)議改進的背景，概括的描述了WSN的概念和體系結(jié)構(gòu)，WSN 路由協(xié)議的特

2、點和關(guān)鍵技術(shù)，以及以Flooding 為代表的平面路由協(xié)議和以LEACH和LEACH-C 為代表的分簇路由協(xié)議，詳細分析了LEACH的簇頭選擇算法和分簇算法，建立LEACH 協(xié)議的能耗模型，推導在LEACH 協(xié)議下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)簇數(shù)。并且對幾種典型的路由協(xié)議進行NS2 仿真模擬，分析仿真結(jié)果，總結(jié)它們的優(yōu)缺點。
　　 本文的重點是基于WSN的一種分簇路由協(xié)議LEACH的缺點進行改進，得到新的簇頭選舉策略和分簇算法，形成基于

3、節(jié)點剩余能量和節(jié)點間信號接收強度的Leach-ER （Leach based on Enegry and RSSI）協(xié)議。體現(xiàn)在以下三個方面：
　　 第一，LEACH 協(xié)議采用隨機選舉簇頭的方式，這樣會導致某輪中被選舉出來的簇頭剩余能量低或者通信質(zhì)量較差，會造成簇頭節(jié)點過早死亡，影響到網(wǎng)絡(luò)的壽命。Leach-ER 協(xié)議在簇頭的選舉策略中只選舉出節(jié)點剩余能量E和信號接收強度RSSI 大于門限值的節(jié)點作為簇頭，并且在成簇過程中選擇通

4、信鏈路質(zhì)量（LQI）最大的作為自己的簇頭，提高了簇頭的生命周期。
　　 第二，LEACH 協(xié)議隨機選舉簇頭，會造成簇頭節(jié)點的地理位置分布不均，部分簇頭節(jié)點由于太過稀疏或者與Sink 節(jié)點距離過大，而消耗過多的能量，這類簇頭也易早亡。Leach-ER 協(xié)議引入了信號接收強度RSSI 作為指標選舉簇頭以及分簇中選擇父節(jié)點作為簇頭，利于網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。
　　 第三，LEACH 協(xié)議假設(shè)每個節(jié)點都能與Sink 節(jié)點通信，這在大規(guī)模

5、應用的WSN 中無法發(fā)揮作用。Leach-ER 協(xié)議引入了多跳路由的方式，使得它可以應用于大規(guī)模WSN。
　　 為了得到協(xié)議改進的效果，運用NS2 網(wǎng)絡(luò)模擬器對Leach-ER 協(xié)議和LEACH協(xié)議在一塊200*200m2的區(qū)域中進行仿真。設(shè)定所有節(jié)點初始能量為2J，Sink節(jié)點位于目標區(qū)域的中心，網(wǎng)絡(luò)的物理層和MAC 層采用IEEE 802.15.4。仿真的內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)生存周期、網(wǎng)絡(luò)存活節(jié)點數(shù)、網(wǎng)絡(luò)消耗的能量，仿真結(jié)果表明Le