[发明专利]基于位置和能量相互关系的LEACH协议簇头选择方法

说明书

本发明公开了一种基于位置和能量相互关系的LEACH协议簇头选择方法，包括以下步骤，A、计算簇头数量k的最佳值，通过K‑Means将整个无线传感器网络划分为k个簇群；B、建立簇群中的层次区域模型；C、设定能量阈值，根据簇内能量对比对簇头进行选择；D、生成能量消耗模型，选择将靠近汇聚节点的普通节点直接将数据传送给汇聚节点。本发明能够解决现有技术的不足，有效降低网络的总能耗，提高网络的稳定运行时间，延长整个无线传感器网络的寿命。

技术领域

本发明属于无线传感器网络通讯技术领域，具体是涉及到一种基于位置和能量相互关系的LEACH协议簇头选择方法。

背景技术

无线传感器网络是在微机电系统(MEMS)、片上系统(SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的基础上发展起来的。随着物联网技术的高速发展，无线传感器网络已广泛应用于军事、工业、农业、林业等领域。无线传感器网络是由具有数据存储和数据传输能力的多个传感器节点组成的网络。这些传感器节点通常随机分布在整个数据采集传输区域。当一个节点传输数据包时，它需要消耗节点能量。由于这些网络中节点的能量供应非常有限，如何确保每个节点可以平衡整个网络中负载的全局能耗，从而延长网络的整体生命周期，在当前仍然是一个热门的技术问题。

无线传感器网络的路由协议主要分为两类：平面路由协议和分层路由协议。传统的低能量自适应聚类层次协议(LEACH)是应用最广泛的经典聚类协议之一。它将整个网络划分为多个不同的簇，在每一轮随机选举后，在每个簇中选择一个簇头节点，每个簇中普通节点向簇头节点传输数据，然后，簇头节点将数据融合传输给汇聚节点，通过这种方法节省了整个网络的能耗。LEACH协议在整个无线传感器网络中起着重要的作用，以节约能耗。但是，LEACH协议仍然存在一些不足：

(1)簇头选择不合理。

由于所有的簇头都是随机选择产生的，没有考虑簇头节点本身位置和簇头节点自身的剩余能量，簇头节点可能会离汇聚节点太远从而导致节点的过早死亡。

(2)普通节点的通信模式单一。

作为集群中的汇聚节点，它只能与簇头节点通信。如果普通节点更靠近汇聚节点，则它应与汇聚节点直接通信，以减少不必要的能耗成本。

(3)p值选择困难

在协议中，P值通常由人工定义。但是在实际应用中，簇群的数量将直接影响整个网络的性能和整个网络的生命周期。当簇头过多时，网络的总能耗会增加，原有的聚类将会没有意义。如果簇头太少，则意味着每个簇群中的汇聚节点过多，就很容易导致网络拥塞和数据传输延迟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于位置和能量相互关系的LEACH协议簇头选择方法，能够解决现有技术的不足，有效降低网络的总能耗，提高网络的稳定运行时间，延长整个无线传感器网络的寿命。

本发明的内容包括以下步骤，

A、计算簇头数量k的最佳值，通过K-Means将整个无线传感器网络划分为k个簇群；

B、建立簇群中的层次区域模型；

C、设定能量阈值，根据簇内能量对比对簇头进行选择；

D、生成能量消耗模型，选择将靠近汇聚节点的普通节点直接将数据传送给汇聚节点。

作为优选，步骤A中，簇头数量k最佳值的计算方法为，

随机部署n个通信节点，其中包括k个簇头节点；基站位于通信区域的中心；每个周期中普通节点发送的数据包大小为m比特，簇头节点的总能耗为，

E_cluster＝e_Tx+e_Rx+e_Da，