[发明专利]基于LEACH协议的无线传感器网络数据传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于LEACH协议的无线传感器网络数据传输方法，属于无线传感器网络技术领域。

背景技术

无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线传输构成的自组织网络，目的是实时感知、监测、采集和处理区域内的相关环境参数，并最终发送给终端用户。无线传感器网络中节点的能量是由电池提供，节点的生存时间受到电池容量限制，因此，节能问题一直是无线传感器网络的研究热点。基于此，设计高效低能耗的路由算法来延长网络的生存期，并提高网络的利用率，对无线传感器网络来说非常重要。基于分簇的路由算法能够有效延长网络生存期和提高网络利用率，目前，LEACH[4]路由算法是无线传感器网络中分簇路由算法的研究基础。LEACH算法的全称是“低功耗自适应集群分层算法”(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)，LEACH算法将网络中的节点区分为簇头节点和普通节点。其基本思想是节点周期性地以一定概率成为簇头节点，其他普通节点选择较近的簇头入簇，并在自己所属的时间片内将数据直接发送给本簇的簇头，簇头节点接收并融合本簇内节点发送来的数据并直接传输给基站。LEACH算法将整个网络的能量消耗平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能量消耗、提高网络整体生存时间的目的，但也存在着一些不足：

1)簇头的选择没有考虑节点的剩余能量，这样可能会导致剩余能量较少的节点被选为簇头，造成节点过早死亡。

2)随机选取簇头的策略，可能导致簇头分布不均和簇的大小不一致，使得簇头能量消耗不均，影响网络整体能耗的均衡性。

3)频繁的选举簇头，需要节点之间大量的信息交换，增大了节点的能量消耗。

4)簇头节点与基站之间采用单跳的方式直接通信，导致距离基站较远的簇头节点耗能较多，从而加速了节点的能量消耗，不适合在规模较大的传感器网络中应用。

HEED、EECS等算法都是基于LEACH的改进算法，HEED算法以剩余能量和通信代价为依据进行簇头选举和构建网络拓扑，EECS算法则是将节点剩余能量和簇头到基站的距离作为簇头选举和成簇阶段的重要依据。它们都采用了单跳传输方式进行通信，不能有效均衡簇间能耗，也不适合在大规模的WSNs中应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于LEACH协议的无线传感器网络数据传输方法，解决现有技术中网络能量消耗高、网络整体生存时间短的技术问题。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于LEACH协议的无线传感器网络数据传输方法，包括以下步骤：

步骤一：确定网络拓扑及初始化：将所有传感器节点随机分布于一个正方形区域内，并作如下假设：基站位置固定，处于正方形区域的中心，能量无限；所有传感器节点位置也固定，位置信息已知，具有唯一的标识，且具有相同的初始能量E₀；传感器节点发射功率可调整，可根据传输功率和接收信号的强度确定两节点间的距离；传感器节点之间可以互相直接通信；

步骤二：确定能耗模型：采用一阶无线通信能量消耗模型；

传感器节点发送k比特数据到距离为d的位置，消耗的能量由发射电路损耗和功率放大损耗两部分组成，具体计算公式如下：