LEACH算法的改进及应用

发布时间：2020-05-12 20:30

【摘要】：无线传感器网络是一种信息获取和处理的综合性学科,它包含了传感器和无线通信等技术,被普遍使用在环境监测、军事、医疗等领域。因其受到硬件资源、电源容量等的限制,为了实现对温室环境的监测,并且有效的延长网络的生命周期,需要对已有的路由算法进行改进,从而设计有效的节能路由算法也已成为WSN领域的研究重点之一,其研究价值和市场价值也越来越大。论文首先对国内外无线传感网络及无线传感网络路由算法的发展现状及几种典型的无线传感器网络路由算法进行分析和对比。以LEACH算法为切入点,针对LEACH算法的两个主要步骤:簇的建立过程和稳定过程,分别进行改进。其中,簇的建立过程,通过引入维诺图来完成节点成簇;稳定过程,通过引入改进的蚁群算法以多跳的形式完成簇间路由。通过对改进后算法和已有算法进行仿真对比,仿真实验表明:改进的算法在节点成簇的过程与LEACH算法相比簇的分布和死亡节点的分布更加均匀;在簇头和Sink节点通信的过程中,改进后的算法和LEACH算法及基本蚁群算法等相比,有效地均衡了簇头间的能耗,并且整个网络的生命周期得以延长。另外,论文中对温室环境监测系统的国内外现状进行分析,在需求分析的基础上,把改进后的多跳分簇路由算法应用于系统的节点成簇、簇内簇间路由中。在确保各个传感器采集节点能够能量均衡的采集数据,并且可以在WSN中进行数据传输的前提下,通过硬件设计和软件编程,最终成功实现了对温室大棚环境的实时监测。本文为实现基于维诺图和改进蚁群算法路由算法的温室环境监测系统提供了总体设计方案、硬件设计和软件实现的具体方法。
【图文】：

Fig.2-1 The working process of each round of LEACH algorithm由上图所示，协商阶段也即是簇的形成阶段，主要完成簇头的选取并内路由使节点成簇，同时在该阶段会完成算法的初始化工作。节点被头之后，首先发送一个携带自己 ID 等信息的广播，其他节点会收到自不同簇头的广播，如果簇头节点收到其他簇头节点的广播信息后会弃，若非簇头节点接收到广播信息，则会判断信号的强弱，确定要加，然后回复给对应的簇头一个请求加入包，并且，非簇头节点加入簇，簇头节点会维护一个簇内成员信息表，为成员节点分配一个可以通隙，从而避免簇内通信杂乱，一个时隙就是一帧，时间长度相等。稳即簇的数据通信阶段，簇中成员节点根据簇头节点分配的时隙，以轮式，当自己的时隙到达，就采集数据并发送至簇头节点，簇头节点首收到的数据进行融合处理，然后发送至汇聚节点。稳定阶段经历的时，说明算法的有效性越强，当数据发送完成后，，新的一轮重新开始，具体实现如下。1. 簇头选取LEACH 算法中对簇头的选择是随机进行的，簇头的决定因素主要有当前算法运行的轮数和簇头节点数量与总节点数的百分比。整个分簇

LEACH算法流程图
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】

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本文编号：2660802