LEACH算法MATLAB仿真及其改进.pdf

实用标准文案 LEACH算法 MATLAB仿真及其改进 1. LEACH原理 LEACH协议，全称是 “低功耗自适应集簇分层型协议” (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) ，是一种无线传感器网络路由协议。基于 LEACH协议 的算法，称为 LEACH算法。 LEACH是 MIT 的 Chandrakasan 等人为无线传感器 网络设计的低功耗自适应聚类路由算法。与一般的平面多跳路由协议和静态 聚类算法相比 ,LEACH 可以将网络生命周期延长 15%,主要通过随机选择聚类 首领 , 平均分担中继通信业务来实现。 LEACH定义了“轮” (round) 的概念 , 一 轮由初始化和稳定工作两个阶段组成。 为了避免额外的处理开销 , 稳定态一般 持续相对较长的时间。 在初始化阶段 , 聚类首领是通过下面的机制产生的。 传 感器节点生成 0,1 之间的随机数 , 如果大于阈值 T, 则选该节点为聚类首领 T 的计算方法如下： P T 1 P r mod 1 p （1） 其中 p 为节点中成为聚类首领的百分数 ,r 是当前的轮数。 当簇头选定之后，簇头节点主动向网络中节点广播自己成为簇头的消息。接 收到此消息的节点，依据接收信号的强度，选择它所要加入的簇，并发消息 通知相应的簇头。基于时分多址 (Time Division Multiple Address ，简称 TDMA)的方式，簇头节点为其中的每个成员分配通信时隙， 并以广播的形式通 知所有的簇内节点。这样保证了簇内每个节点在指定的传输时隙进行数据传 输，而在其他时间进入休眠状态，减少了能量消耗。在稳定工作阶段，节点 持续采集监测数据，在自身传输时隙到来时把监测数据传给簇头节点，簇头 节点对接收到数据进行融合处理之后， 发送到 Sink 节点，这是一种减小通信 业务量的合理工作模式。 持续一段时间以后， 整个网络进入下一轮工作周期， 重新选择簇头节点。 LEACH协议采用动态转换簇头的方法来平均网络节点的能量消耗，使因能量 耗尽而失效的节点呈随机分布状态，因而与一般的多跳路由协议和静态簇算 法相比，LEACH可以将网络生命周期延长 15%。但是 LEACH协议在每轮固定簇 头节点后在划分簇的过程中，簇头节点开销较大。并且簇头节点的选择无法 达到最优，有可能簇头节点位于网络的边缘或者几个簇头节点相邻，某些节 点不得不传输较远的距离来与簇头通信，这就导致了大量能量消耗。而且 LEACH协议所有簇头节点直接与 Sink 节点通信， 采用连续数据发送模式和单 精彩文档 实用标准文案 跳路径选择模式，使得每轮中簇头节点能耗巨大，因此不适合在大规模的传 感器网络中应用。 2. 仿真结果 我们在 MATLAB编程环境中首先产生一个 100×100 的区域，并在其内部随机 生成一个含有 100 个节点（坐标不同）的连通图。假设每个节点在网络形成 前已知需要传感的数据类型，且能检测到出现在其检测范围内的事件。设普 通节点初始初始能量为０ . ５mJ。ｒ＝２０００既进行 2000 轮实验。 图 1. 初始节点 精彩文档