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(lián)網(wǎng)浪潮的席卷而來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork，WSN)技術(shù)得到了快速發(fā)展并日益成熟，無(wú)線技術(shù)走入了生活等各個(gè)領(lǐng)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(jīng)處于一個(gè)高度發(fā)達(dá)的信息時(shí)代。WSN是伴隨著嵌入式計(jì)算技術(shù)、傳感器技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展孕育而生的一種新興的傳感器網(wǎng)絡(luò)，屬于分布式自組織網(wǎng)絡(luò)，主要由許多廉價(jià)、低功耗微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信方式自組織而成。出于造價(jià)方面的考慮，WSN傳感

2、器節(jié)點(diǎn)將會(huì)受到成本的制約，其能量、內(nèi)存、計(jì)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?yàn)閃SN中的傳感器節(jié)點(diǎn)一般部署在環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，其電池不方便更換，這樣就考驗(yàn)電池的續(xù)航能力，要能使用若干年。這樣，能量對(duì)于WSN來(lái)說(shuō)就成了一項(xiàng)尤為重要的資源，為了延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)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(guān)注的重點(diǎn)。
　　 本文深入研究并仿真了WSN路由協(xié)議——LEACH，通過(guò)分析LEACH協(xié)議的核心思想與工

3、作原理，發(fā)現(xiàn)了其存在的問(wèn)題。根據(jù)WSN路由協(xié)議性能的設(shè)計(jì)要求，在簇頭選舉和路由的基礎(chǔ)上對(duì)LEACH協(xié)議的算法進(jìn)行了改進(jìn)，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(gè)思路對(duì)LEACH協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化。
　　 (1)針對(duì)LEACH協(xié)議的簇頭分布不均、簇頭和成員數(shù)目隨機(jī)所造成的網(wǎng)

4、絡(luò)負(fù)載不均等問(wèn)題，提出了一種新的簇頭選舉機(jī)制。該機(jī)制綜合考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量和到Sink節(jié)點(diǎn)的距離來(lái)設(shè)置簇頭選舉的閾值，并應(yīng)用到簇頭和成員數(shù)目的計(jì)算，使簇頭和該簇頭對(duì)應(yīng)的成員數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定。
　　 (2)針對(duì)LEACH協(xié)議中的簇頭與Sink節(jié)點(diǎn)（基站）的單跳直接通信，CHEMHR協(xié)議中路由模塊采用的是對(duì)簇頭進(jìn)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(jié)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(jī)結(jié)合(1)、(2)兩個(gè)方面，設(shè)計(jì)完整的CHEMHR協(xié)議。
　　 最后，本文采用Matlab仿真軟件所配置的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果顯示:采用CHEMHR算法比LEACH協(xié)議網(wǎng)絡(luò)性能有了很大的提高，WSN的生命周期延長(zhǎng)了約20.1％，數(shù)據(jù)包的吞吐量增加了約33.3％，網(wǎng)絡(luò)中的能量隨時(shí)間損耗比值降低了約31.3％，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)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(wǎng)絡(luò)的能耗和使其具有更