[发明专利]基于目标阈值约束的改进LEACH协议的簇头选择算法

摘要

本发明提供了一种基于目标阈值约束的改进LEACH协议的簇头选择算法，在满足目标与节点阈值约束的前提下，设计了包含节点与目标距离因子、节点与基站距离因子和节点剩余能量率等约束条件共同作用下的簇头选择改进算法。该算法首先根据监测区域所有节点与监测目标的位置关系确定候选观测节点集，之后在候选观测节点集中对节点进行随机性簇头选择。本发明改进了LEACH协议簇头选择的阈值公式，使剩余能量大且距离基站近的节点有更高的概率被选为簇头节点。因此，改进算法的簇头选择机制更加合理，能更有效的平衡和减少网络中节点的能量消耗，延长网络的生命周期。

主权项

1.基于目标阈值约束的改进LEACH协议的簇头选择算法，其特征在于，依次包括以下步骤：步骤一：在无线传感器监测区域M×M内随机部署m个传感器节点构成传感器观测集合，记为S＝{s1,s2,L,si}(i∈m)，设定基站固定、目标t固定、每个所述传感器节点si的初始能量Eo、被选为簇头节点的概率p、最大运行轮数rmax。步骤二：根据无线传感器监测区域中所述传感器节点si、所述基站和所述目标t的位置坐标，构建监测区域内所述传感器节点si(i∈m)分别到所述目标t和所述基站的距离集合Dst和Dss，之后分别将所述距离集合Dst和Dss归一化为0:1区间内的距离因子集合Wst和Wss,其中：Wst＝{ωst(1),ωst(2),Lωst(i)}，Wst＝{ωst(1),ωst(2),Lωst(i)}。步骤三：根据所述传感器节点si的剩余能量、硬件构造特性及监测区域环境因素，确定所述传感器节点si对所述目标t有效监测的距离因子阈值Tωst。步骤四：将步骤二中所述传感器节点si到所述目标t的距离因子ωst(i)与步骤三中的有效距离因子阈值Tωst进行比较，如果ωst(i)≤Tωst,i∈m，则传感器节点si被选为候选观测节点，并且所有候选观测节点构成观测节点集合G′。步骤五：在传感器候选观测节点集合G′中，对所述传感器节点si(i∈G′)进行随机性簇头选择，即将传感器节点si产生的0:1之间均匀分布的随机数Trand(i)与该节点被选为簇头节点的阈值T(i)进行比较，若Trand(i)≤T(i),i∈G′,则该节点被选为簇头节点；否则该节点成为非簇头节点。监测区域内所有簇头节点构成集合C′，所有非簇头节点构成集合N′。步骤六：在集合C′中，首先每个簇头节点向整个监测区域发送其成为簇头的信息，然后簇头节点为该簇的非簇头节点分配数据传输通道并接收本簇内非簇头节点发送的采样数据，最后簇头节点将接收的数据进行相关数据融合并将融合后的数据传输给基站。步骤七：比较非簇头节点与基站以及集合C′中的所有簇头节点的距离。如果该非簇头节点距离基站最近，则该节点不加入任何簇；否则该节点加入到距离最近的簇头节点所在的簇。所有节点分簇之后，由簇头和非簇头形成的所有簇构成簇集合CN′。步骤八：在簇集合CN′中，每一个簇的非簇头节点负责将采集到的目标信息传输给簇头节点。对于没有加入任何簇的非簇头节点直接与基站进行数据传输。步骤九：保存所述各传感器节点si(i∈m)的剩余能量，以及各节点进行簇头选择的情况。步骤十：重复步骤五至步骤九，直到达到预设的运行次数，即r＝rmax或各候选节点能量耗尽，之后比较每轮中各节点的剩余能量及存活节点个数。