论文LEACH协议的簇首多跳和选择优化是适合LEACH协议论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关LEACH协议开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
摘 要：针对WSN层次型路由协议中簇首单跳传输数据至汇聚节点、而部分簇首因传输距离过长导致能量过早耗尽从而影响整个网络寿命问题,提出了基于剩余能量对簇首优化选择和簇首至汇聚节点间多跳数据传输的改进算法.对首个节点死亡轮数和能量图像方面进行了分析和仿真,结果表明该改进算法可使全网负载更加均衡,并进一步延长了网络整体寿命.
关键词：无线传感网络；层次型拓扑；簇首选择；多跳
中图分类号：TP391.9文献标识码：A
无线传感网络（Wireless Sensor Networks,WSN）是大型的信息采集网络,传感器节点通常依靠电池供电,而电池能量有限,从而影响到整个无线网络的生存寿命,因此基于WSN的各种路由算法都会尽量节省能量,延长网络的整体寿命[1].路由协议的任务是将数据分组从源节点（传感器,sensor）通过无线网络转发到目的节点（汇聚节点,sink）[2-3].
无线传感网络中的路由协议从拓扑分布层面来看可分为平面型路由协议和层次型路由协议.由于平面型路由协议需要维护一个很大的路由表,从而会占用较大的存储空间与较多的计算资源,并不适用于规模巨大的无线传感网络,而层次型路由协议可以改善这一点.文章基于层次型路由中的LEACH协议[4],致力于深入研究已有的针对LEACH协议的算法优化,以延长网络寿命和节省能量为目的,对其进一步优化和改进.
层次型拓扑控制利用分簇机制,选择一些节点作为簇头节点,由簇头节点生成处理和转发数据的骨干网,其余非骨干网节点可以暂时关闭通信信道,进入休眠状态以节省能量[5].层次型的拓扑协议有LEACH,HEED,GAF等.无线传感网络拓扑控制主要研究的问题是：在满足网络覆盖度和连通度的前提下,通过功率控制和骨干网节点的选择,剔除节点之间不必要的通信链路,生成优化的网络结构[6].LEACH协议是最初使用的协议,它的成簇思想对以后的协议改进影响很大.但是LEACH也有一些缺点,例如网络分簇不均匀、可扩展性差和容错性差等,因此后续的研究者根据其缺点进行了多方面的改进,下面是部分改进算法：
HEED算法针对LEACH算法簇头分布不均,以及簇的规模大小不均这一问题的改进[7].在此算法中,节点以不同的概率发送消息,剩余能量越大当选簇首的概率越大.非簇首节点使用簇内最小可达能量来衡量簇内节点的通讯成本并以此来选择合适的簇头,可以平衡簇内节点的个数[8].
基于节点的剩余能量选择簇首.考虑到无线传感网络的能耗问题,选取剩余能量较多的节点作为簇首.将节点的剩余能量作为选择簇首的一个重要衡量标准,以保证区域内剩余能量越多的节点,被选为簇首的概率越大.簇首与汇聚节点（Sink）或者说基站（Base Station, BS）之间的数据发送过程采用单跳的方式.由于汇聚节点距离数据采集区域距离不定,可能在区域内,也可能在区域外.即使是在区域内,根据成簇方式的不同,部分簇首离基站的距离也可能很远,因此这部分簇首将数据发送给基站时所消耗的能量较多[5].基于这一点,在簇首向基站发送数据的时候可考虑采用多跳的方式,这样可以使簇首节点能量的消耗相对减少.
另一种改进算法将原有的簇头选举分为两种情况：全网簇头选举和簇内簇头选举.在改进的LEACH算法中设置了一个阀值Va.每个簇周期开始时,首先检查簇头能量,如果所有节点的簇头能量中存在小于Va的簇头,则进行全网簇头选举,否则进行簇内选举[9].
本文在已有的LEACH改进协议基础上基于剩余能量对簇首进行优化选择和簇首至汇聚节点间多跳传输方面提出改进措施,并对第一个节点死亡轮数和能量图像开展分析和仿真,预期改进措施有3点：
1）根据距离汇聚节点远近对节点进行分类；
2）根据节点剩余能量不同进行簇首优化选择；
3）簇首间数据多跳传递至汇聚节点.
1簇首个数最优化分析
采集区域内簇头最优个数的确定是对层次型路由算法进行改进的基础.设在M×M的区域内分布着N个节点,根据节点初始能量大小分为高级节点和普通节点两类,其中存在C个簇头,而C个簇头决定了在该区域内一共有C个簇,假定所有的节点均匀分布,因此每个簇内有N/C个节点,其中一个是簇首节点,其余节点有（N/C-1）个.下面对两类节点的能量消耗进行分析,首先分析簇首节点.
簇首能量消耗分为3部分：
1）接收非簇首节点传输数据的能量；
2）对接收到的数据进行融合处理的能量；
3）将融合后数据传输给汇聚节点的能量.
用公式表示为：
下面对式（1）,（2）进行说明.由于传感区域很大,不同的节点传输数据到目标节点的距离有大有小,因而传输过程中衰减分为自由空间衰减和多径衰减[10].自由空间是一种理想介质,它不会吸收能量,但是随着传播距离的增大,发射天线的辐射功率密度与距离的平方成反比,因此自由空间传播损耗是一种扩散式的自然能量损耗.在非簇首节点传输信息给簇首节点时,一般距离比较近,可以用表示自由空间能量损耗的式（2）表示.多径衰落是指在微波信号的传播过程中,由于受地面或水面反射和大气折射的影响,会产生多个经过不同路径到达接收天线的信号,通过矢量叠加后合成时变信号.基于简化模型的思想,可认为远距离传输更容易发生多径衰落的现象.相对而言簇首节点和汇聚节点的距离较远,因此在后面计算中簇首节点的能量消耗用公式（1）.以上是针对最优簇头个数进行计算,而决定其是属于自由空间衰减还是多径衰减具有一个临界距离,在仿真模拟时可更精确地进行判断.根据上述描述得到总的能量消耗公式：
通过上述分析计算可以得到使数据采集区域总能量消耗最小的簇首最优个数的大小.决定节点是否为簇首的算法描述如图 1所示,其中R代表节点距离汇聚节点的距离,xm是传感区域的边长,其算法依据主要是考虑该节点离汇聚节点的距离以及是否是高级节点.
总结:该文是关于LEACH协议论文范文，为你的论文写作提供相关论文资料参考。
参考文献：
1、 一种无线传感器网络路由协议LEACH改进算法 摘 要：针对低功耗自适应集簇分层型协议LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy）的节点生命周。
2、 矿井无线通信网络中LEACH协议的改进 摘 要： 针对矿井下无线传感器网络通信的特点，对LEACH协议分簇进行优化，并充分考虑能量和距离的因素，对簇头节点的选取进行优化，提出基于K?m。
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