基于LEACH的无线传感器网络路由算法的分析与改进

发布时间：2020-09-29 11:13

　　无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种新的信息获取技术,作为无线通信网络的一代新星,具有非常广阔的应用空间。WSN的组成并不复杂,它是由许许多多的具有无线通信功能的微型传感器节点构成,这些节点通过自组织的方式对所处环境或监测对象协作地实施监测、感知和采集数据,最后将数据传送至基站,并由用户对其进行分析和利用。WSN区别于传统无线网络的很多特点,特别是传感器节点在能量方面存在的局限性,使得现有的无线技术对它并不适用。研究表明,节点的绝大多数能耗是在通信模块,那么如何选择合适的路径传输数据来节约能量就变得十分重要了。因此,越来越多的研究人员将研究的重点放在了路由算法上。目前,很多成熟的路由算法已经被提出。本文在总结了平面、层次和位置路由算法的特点,并且从不同的性能参数进行了比较之后,选择了最经典最早的层次路由算法LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)进行研究。LEACH算法是第一个在WSN中提出的基于完全分布式和分簇的层次路由算法,具有自适应性好、容错性强的优点,但是,该算法在能量方面利用率较低,而且在大规模的网络中并不适用。针对上述缺点,本文提出了基于LEACH的改进算法F-LEACH(First-death LEACH)。本着延长第一个死亡节点的生存时间和网络整体生存时间、改善网络能耗特性的目的,对LEACH算法做了4点改进:(1)通过对监测区域进行等面积圆环划分,限定簇头多跳通信的大致路径,降低了距离汇聚节点较远簇头的数据的发送能耗以均衡网络负载,同时扩大了监测范围。(2)通过公式计算出各区域的最优簇头数和簇头间距,使得在能耗最低的情况下尽可能让簇头在各区域均匀分布以均衡簇头任务。(3)利用簇头跨区域成簇的方法节约簇内通信能耗,同时静态分簇消除成簇能耗。(4)根据各区域簇头间的距离和能量建立多跳路径,选择距离相对较近且能量较多的下一跳区域簇头进行数据传输,直到传输给汇聚节点。最后,通过MATLAB对LEACH、LEACHMTE(LEACH Minimum Transmission Energy)和F-LEACH进行仿真,证实F-LEACH算法能够较大程度延长第一个死亡节点的生存时间和网络整体生存时间,有效改善网络能耗特性,最终增大了数据采集总量。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5;TP212.9
【部分图文】：

典型结构,路由,层次,路由算法

基于分簇的路由算法，简称为分簇路由算法。与法中监测区域的节点地位不是平等的，而是存在普通节点高，能量也往往高于普通节点。更高的在层次路由算法中，除了采集数据，簇头节点往转发，这些工作都需要耗费大量的能量，而低能据给对应的簇头，任务简单且能耗低。这种设计网络生存时间，最终采集到的数据量和精度更高

均匀分布,算法,节点,区域

节点接收信息量中，所有节点在网络生存周期中发送的数据量影响着数据的。最终 sink 节点收到的数据越多，数据精度就越高，以此为WSN 的应用效果就越好。果的对比分析分布及监测区域划分H 算法节点分布及区域划分如图 5.5 所示。其中，深色区域由区域 3 中的节点，浅色代表区域 2 中的节点。由图中可以看机均匀分布于三个等面积圆环区域，因此三个区域的节点数可知，在 LEACH 算法中，所有节点均匀分布在一个区域。ACH 算法类似，图 5.7 的深色区域由内到外分别代表区域 1 表区域 2 中的节点。由图 5.5 可知，在对比算法 LEACHMT且三个区域半径相等，因此越远离 sink 节点的区域节点数越

LEACH算法节点分布图

【参考文献】