[发明专利]一种基于LEACH协议的簇头选举改进算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Leach协议的簇头选举改进算法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是由大量体积小、成本低，具有感知、通信和数据处理能力的传感器节点构成，具有自组织成网和隐蔽性好的特点。WSN节点使用电池供电，一旦部署，更换电池很难实现，因此能量受限是WSN的重要特征之一，如何降低网络能耗是设计网络时必需考虑和解决的关键问题，Leach协议是一种经典的分层路由协议，它的能量利用率较高。但是其全网随机分配簇首的方式也带来了一定的能量浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于Leach协议的簇头选举改进算法。

本发明在满足以下条件的系统模型基础上提出：

定义节点区域为F，N个无线传感器节点随机分布，普通节点大部分时间处于休眠状态，并周期性醒来发送数据；简化的系统模型为：

1)节点空间分布等密度且随机，节点坐标(x，y)可知；

2)每个节点有唯一的ID，具有数据融合功能；

3)所有节点同构对等，无线传播范围相同；

4)节点具有组簇能力；

5)保证所有节点，都在彼此的通信范围内，并都可以和汇聚节点(sink节点)通信

本发明是由以下方式实现的：

一种基于Leach协议的簇头选举改进算法，将原Leach协议的簇头选举算法分为三种簇头选举算法：全网簇头选举、半网簇头选举和簇内簇头选举。首先在Leach改进算法中设定一个能量阈值，在每个簇周期开始时，判断现有各簇中是否存在簇平均能量小于此阈值的情况；如果存在，存在这种情况的簇发起半网簇头选举号召，其他簇根据本簇情况，决定是否响应此号召，所有响应此号召的簇，将在下一轮中进行半网簇头选举；如果不存在，各个簇头再判断自己的剩余能量是否小于本簇的平均能量，如果比平均能量小，则在本簇内启动簇内簇头选举，否则，不进行任何簇头选举；由此可避免每轮都进行全网的簇头选举；而每隔定值轮数，将会强制进行全网选举，以平衡半网选举可能导致的不平衡。

全网簇头选举算法

在进行全网簇头选举时，使节点剩余能量大、距离Sink节点近的节点优先成为簇头；节点剩余能量率函数为

Ep(i)=Er(i)Eo---(1)]]>

其中，E_r(i)代表节点的当前剩余能量；E_o代表节点所在簇的平均能量；

网络在部署阶段，Sink节点以较大的功率在网络内广播一个消息，每个传感器节点根据收到信号的强度计算它到Sink节点的近似距离d_i，并将自己的id和d_i发送给Sink节点，使Sink节点掌握一个含有节点id号与距离的对照表；距离因子λ定义如下：