基于LEACH分簇路由协议的改进研究

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路由协议是无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的核心技术之一。与传统的无线局域网和Ad hoc网络相比,无线传感器网络节点携带的能量和处理能力方面都非常有限,这使得路由协议的设计必须以节省能量和提高节点的能源利用率为首要目标。传统的路由协议不适合无线传感器网络网络,传感器网络的路由协议必须根据具体的应用环境和要求而设计,对无线传感器网络路由协议的设计和研究已成为当前人们研究领域的一个热点问题。LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)协议是针对无线传感器网络提出的第一个分簇路由协议,该协议通过分簇来组织路由,网络周期性地动态选举簇头,以此均衡各节点消耗,有效地延长了网络的生命周期。但LEACH协议也存在着一些不足:簇头的选举是随机的,没有考虑实际网络中节点的能量和分布状况,有可能选举的簇头不合理;在传输数据时采用的是单跳方式等,这些局限性使LEACH协议不适合大规模网络。针对簇头选举时存在的随机性和盲目性,本文在分析和研究LEACH协议以及其它一些改进算法的基础上,提出了基于节点权值的簇头选举优化算法。该算法在选举簇头时综合考虑候选节点的剩余能量、节点密度和距离基站的远近因素,使每轮都选举最佳节点作为簇头,从而使选举出的簇头节点具有较高的能量并且分布更合理,以此均衡网络能耗,延长系统工作时间。最后以MATLAB作为实验平台,分别对本文提出的改进算法、LEACH协议和过去提出的改进算法从不同角度进行了仿真,并在各个性能上进行了比较和分析。实验结果表明,本文提出的改进算法能更好地均衡网络能耗,提高节点的能量利用效率,延长了整个网络的生命周期。
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