一種基于LEACH的改進(jìn)型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )路由算法
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一旦簇頭選定后，簇頭節點(diǎn)會(huì )利用CSMA MAC協(xié)議對全網(wǎng)所有節點(diǎn)發(fā)送廣播數據包，其中包含該節點(diǎn)成為簇頭的信息。根據網(wǎng)絡(luò )的對稱(chēng)性原則，其他節點(diǎn)選擇接收到信號最強的簇頭加入，至此簇建立階段完成。
在穩定運行階段，普通節點(diǎn)利用CSMA MAC協(xié)議向其簇頭發(fā)送加入數據包。簇頭節點(diǎn)收到加入數據包后，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)TDMA時(shí)刻表，為簇內所有節點(diǎn)分配發(fā)送時(shí)隙，并將此時(shí)刻表向各成員廣播。此后，簇頭節點(diǎn)即開(kāi)始接收各成員采集到的數據，并將其融合后發(fā)送到基站。簇頭節點(diǎn)在此階段保持接收機始終處于開(kāi)機狀態(tài)以便接收數據，而普通節點(diǎn)只有在自己發(fā)送時(shí)打開(kāi)發(fā)射機，其余時(shí)刻關(guān)閉發(fā)射機以節約能量。
相比于平面路由算法，LEACH算法明顯減少了能量消耗，并且將能量耗散分攤到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，有效延長(cháng)了網(wǎng)絡(luò )生存時(shí)間。在文獻中，作者的仿真表明LEACH比平面型的Direct communication協(xié)議網(wǎng)絡(luò )生存時(shí)間提高了約6倍，比層次型固定簇頭協(xié)議StaticClusters網(wǎng)絡(luò )生存時(shí)間提高了約10倍。
然而，完全自主隨機的簇頭選擇不能保證每輪簇頭節點(diǎn)的數目和分布，存在距離基站較遠且能量較少的節點(diǎn)擔當簇頭的可能性，造成網(wǎng)絡(luò )內節點(diǎn)能量損耗不均，節點(diǎn)的生存期散布較大，到網(wǎng)絡(luò )生存期后期會(huì )形成監控盲點(diǎn)，影響了網(wǎng)絡(luò )的整體性能。為了改善這種情況，本文提出了基于距離和能量選擇第二層簇頭的兩層LEACH算法DE―LEACH。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/158076.htm
2 基于距離能量選擇的兩層LEACH算法DE―LEACH
DE―LEACH算法與LEACH算法一樣，分為簇建立階段與穩定運行階段。
在簇建立階段，首先，各節點(diǎn)仍然利用自身產(chǎn)生的隨機數自主決定是否成為簇頭并通知網(wǎng)絡(luò )中所有節點(diǎn)，在此不再贅述。不同之處在于，選出的簇頭節點(diǎn)將自己的剩余能量和到基站的距離加入到廣播數據包中進(jìn)行廣播。之后，在已選出的第一層簇頭中根據其剩余能量和到基站的距離關(guān)系參數Th選出第二層簇頭。
Th定義為：
其中i是網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)編號，En(i)是i節點(diǎn)剩余能量，Dist(i)是i節點(diǎn)到基站的距離。
具體的選舉第二層簇頭的策略為：簇頭j將自己的Th(i)值與接收、計算出到的其他簇頭Th值進(jìn)行比較，若自己最大，則成為第二層簇頭；若比較中發(fā)現簇頭i節點(diǎn)的Th(i)值最大，則認為i是第二層簇頭。這里需要注意的是：
(1)第二層簇頭同時(shí)也完成第一層簇頭的廣播、分配時(shí)隙、采集數據和融合的工作；
(2)各個(gè)簇頭節點(diǎn)在計算Th值并比較過(guò)后，已經(jīng)能夠確認哪個(gè)第一層簇頭節點(diǎn)同時(shí)承擔第二層簇頭節點(diǎn)職能，因此第二層簇頭節點(diǎn)不需要再就自己身份進(jìn)行廣播；又由于各簇頭節點(diǎn)已經(jīng)收到其他簇頭節點(diǎn)編號，可按編號順序進(jìn)行數據傳遞，因此第二層簇頭節點(diǎn)不需要為第一層簇頭節點(diǎn)分配時(shí)隙而進(jìn)行廣播；這樣就省去了廣播開(kāi)銷(xiāo)；
(3)各個(gè)普通節點(diǎn)無(wú)需知道誰(shuí)是第二層簇頭，他們只與第一層簇頭通信，而第二層簇頭同時(shí)也承擔第一層簇頭的功能。
在穩定運行階段，普通節點(diǎn)與第一層簇頭通信方式與LEACH相同。但數據采集、融合工作完成之后不是將數據包直接發(fā)送到基站，而是依據簇頭節點(diǎn)編號順序分時(shí)隙由第一層簇頭發(fā)送到第二層簇頭節點(diǎn)。再由第二層簇頭節點(diǎn)進(jìn)行二次融合后，發(fā)送至基站。
LEACH算法假設基站離監控區域較遠，若第一層簇頭節點(diǎn)均與基站直接通信，則通信能量消耗較大，且易造成網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)剩余能量差距較大的情況，使首末節點(diǎn)死亡時(shí)間間隔較長(cháng)，產(chǎn)生監控盲點(diǎn)。而DE―LEACH算法能夠有效推遲首節點(diǎn)死亡時(shí)間，縮小首末節點(diǎn)死亡時(shí)間間隔，使監控盲點(diǎn)出現時(shí)間明顯縮短。這樣，在所有節點(diǎn)集中死亡后再進(jìn)行拋撒，無(wú)疑在經(jīng)濟上和控制上都將更加高效。
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