基于簇頭選舉和多跳路由的LEACH協(xié)議研究.pdf

1、伴隨著物聯網浪潮的席卷而來，無線傳感器網絡(WirelessSensorNetwork，WSN)技術得到了快速發(fā)展并日益成熟，無線技術走入了生活等各個領域，人們的生活方式正在發(fā)生著翻天覆地的變化，人類已經處于一個高度發(fā)達的信息時代。WSN是伴隨著嵌入式計算技術、傳感器技術和無線通信技術的發(fā)展孕育而生的一種新興的傳感器網絡，屬于分布式自組織網絡，主要由許多廉價、低功耗微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式自組織而成。出于造價方面的考慮，WSN傳感

2、器節(jié)點將會受到成本的制約，其能量、內存、計算速度以及通信帶寬等資源必然受到很大程度上的約束，特別是因為WSN中的傳感器節(jié)點一般部署在環(huán)境復雜的地區(qū)，其電池不方便更換，這樣就考驗電池的續(xù)航能力，要能使用若干年。這樣，能量對于WSN來說就成了一項尤為重要的資源，為了延長網絡壽命，研究WSN協(xié)議的能量有效性或如何節(jié)省能量成為是人們關注的重點。
　　 本文深入研究并仿真了WSN路由協(xié)議——LEACH，通過分析LEACH協(xié)議的核心思想與工

3、作原理，發(fā)現了其存在的問題。根據WSN路由協(xié)議性能的設計要求，在簇頭選舉和路由的基礎上對LEACH協(xié)議的算法進行了改進，提出了一種基于簇頭選舉和多跳路由的WSN路由協(xié)議算法CHEMHR(ClusterHeadsClectionandMulti-hopRouting,簇頭選舉和多跳路由協(xié)議)。CHEMHR協(xié)議算法主要從以下三個思路對LEACH協(xié)議進行優(yōu)化。
　　 (1)針對LEACH協(xié)議的簇頭分布不均、簇頭和成員數目隨機所造成的網

4、絡負載不均等問題，提出了一種新的簇頭選舉機制。該機制綜合考慮節(jié)點的剩余能量和到Sink節(jié)點的距離來設置簇頭選舉的閾值，并應用到簇頭和成員數目的計算，使簇頭和該簇頭對應的成員數目相對穩(wěn)定。
　　 (2)針對LEACH協(xié)議中的簇頭與Sink節(jié)點（基站）的單跳直接通信，CHEMHR協(xié)議中路由模塊采用的是對簇頭進行再次分層的多跳通信方式，并用遺傳算法和模擬退火算法相結合的算法優(yōu)化簇頭多跳路由路徑。
　　 (3)借鑒LEACH協(xié)議

5、框架，有機結合(1)、(2)兩個方面，設計完整的CHEMHR協(xié)議。
　　 最后，本文采用Matlab仿真軟件所配置的網絡環(huán)境進行仿真實驗，仿真結果顯示:采用CHEMHR算法比LEACH協(xié)議網絡性能有了很大的提高，WSN的生命周期延長了約20.1％，數據包的吞吐量增加了約33.3％，網絡中的能量隨時間損耗比值降低了約31.3％，網絡的可擴展性有了很大的提升。另外，CHEMHR算法的多跳路由最優(yōu)化路徑更加節(jié)約了網絡的能耗和使其具有更