《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種LEACH協(xié)議的改進(jìn)算法LEACH_EH
2014年微型機(jī)與應(yīng)用第11期
徐 鵬
華僑大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建 廈門
摘要: 當(dāng)前,無線傳感器由于技術(shù)的發(fā)展得到更加廣泛的應(yīng)用,針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)[1]的研究也越來越多,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[2]成為了一個(gè)重點(diǎn)研究對象。按照時(shí)間先出現(xiàn)了Flooding算法、SPIN算法、SAR算法和定向擴(kuò)散(Directed Diffusion)等平面路由算法,其后又研究出了LEACH算法、TEEN算法、HEED算法[3]及PEGASIS算法等層次路由算法。LEACH算法由于其不同于以往路由算法的指導(dǎo)思想成為以后層次路由算法設(shè)計(jì)時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn),針對LEACH算法的自身局限性進(jìn)行改進(jìn)也成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[4]提出了一種休眠簇頭的算法,它一次性選出所需要的工作簇頭和休眠簇頭,并且只分一次簇,減少了LEACH協(xié)議中多次選舉簇頭和分簇帶來的能量耗損。
Abstract:
Key words :

  摘  要: 根據(jù)LEACH協(xié)議的特點(diǎn)和局限性對其進(jìn)行了改進(jìn),提出了一種LEACH_EH(LEACH EAHANCE)算法。它使用K_MEANS算法對簇進(jìn)行一次性分簇,之后結(jié)合節(jié)點(diǎn)到簇內(nèi)質(zhì)心距離與節(jié)點(diǎn)自身剩余能量選舉出簇頭。它將簇形成的順序由先簇頭后成簇變?yōu)橄瘸纱睾蟠仡^,形成一次分簇多次選舉簇頭的模式。通過MATLAB進(jìn)行仿真,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,改進(jìn)后的算法比原來的協(xié)議在節(jié)點(diǎn)能量均衡方面有了較大的提升,延長了網(wǎng)絡(luò)生存周期。

  關(guān)鍵詞WSN路由協(xié)議;LEACH;K_MEANS算法;MATLAB仿真

  當(dāng)前,無線傳感器由于技術(shù)的發(fā)展得到更加廣泛的應(yīng)用,針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)[1]的研究也越來越多,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[2]成為了一個(gè)重點(diǎn)研究對象。按照時(shí)間先出現(xiàn)了Flooding算法、SPIN算法、SAR算法和定向擴(kuò)散(Directed Diffusion)等平面路由算法,其后又研究出了LEACH算法、TEEN算法、HEED算法[3]及PEGASIS算法等層次路由算法。LEACH算法由于其不同于以往路由算法的指導(dǎo)思想成為以后層次路由算法設(shè)計(jì)時(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn),針對LEACH算法的自身局限性進(jìn)行改進(jìn)也成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[4]提出了一種休眠簇頭的算法,它一次性選出所需要的工作簇頭和休眠簇頭,并且只分一次簇,減少了LEACH協(xié)議中多次選舉簇頭和分簇帶來的能量耗損。參考文獻(xiàn)[5]提出了LEACH-C算法,它提出各個(gè)節(jié)點(diǎn)把自身的剩余能量和位置信息發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn),由Sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇。參考文獻(xiàn)[6]在簇頭選取中加入剩余能量,并且結(jié)合平面拓?fù)?、層次拓?fù)浜突谖恢猛負(fù)涞膬?yōu)點(diǎn)形成混合型拓?fù)漕愋停薷腖EACH協(xié)議中單輪成簇為雙輪成簇。參考文獻(xiàn)[7]提出了一種名為LEACH_SD(LELACH_Sensoring Denomina-tion)的協(xié)議,它提出了基于網(wǎng)絡(luò)覆蓋的路由生成思想。參考文獻(xiàn)[8]基于節(jié)點(diǎn)的剩余能量和位置對LEACH協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn),將選簇過程分為臨時(shí)簇頭選擇和正式簇頭,把傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)剩余能量值和幾何平均位置作為選簇的重要因素,在此基礎(chǔ)上選出區(qū)域內(nèi)最佳簇頭。參考文獻(xiàn)[9]提出根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量進(jìn)行篩選,剩余節(jié)點(diǎn)能量較低的暫時(shí)不進(jìn)行采樣,以此減少參加采樣節(jié)點(diǎn)數(shù)量,其次對簇形成階段不正常的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放棄處理。以上改進(jìn)方法在特定情況下都能夠延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

  本文結(jié)合LEACH協(xié)議的特點(diǎn),提出改變原來LEACH協(xié)議先選擇簇頭后進(jìn)行分簇的順序,而是先進(jìn)行均勻分簇,而后進(jìn)行簇頭選舉的過程。

  1 LEACH協(xié)議

  1.1 算法介紹

  LEACH算法是由MIT的Chandrakasan等人為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)專門設(shè)計(jì)的低功耗自適應(yīng)聚類路由算法(Low Energy Adaptive Clustering Hierachy)。它的基本思想是:將協(xié)議的運(yùn)行過程分成一個(gè)個(gè)輪(round),每一輪由簇形成階段和簇的穩(wěn)定工作階段組成[8]。在簇的形成階段,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都會生成一個(gè)隨機(jī)數(shù),然后與一閾值T(n)進(jìn)行比較,閾值T(n)計(jì)算式為:

  T(n)=,n∈G0             ,n?埸G(1)

  其中,P為期望的簇頭節(jié)點(diǎn)的百分比,即每個(gè)節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)的概率;r為當(dāng)前輪數(shù);G是最近1/P輪為當(dāng)選簇頭的節(jié)點(diǎn)集合。

  如果該節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)數(shù)小于閾值T(n),則該節(jié)點(diǎn)就當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn),同時(shí)廣播自己成為節(jié)點(diǎn)的控制幀,所有當(dāng)選簇頭的節(jié)點(diǎn)廣播完控制幀后,未當(dāng)選的普通節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到的控制幀信號強(qiáng)度選擇加入到相應(yīng)的簇頭,發(fā)送給該簇頭加入控制幀。該過程結(jié)束后,簇頭節(jié)點(diǎn)整理自己接收到的加入控制幀,采用TDMA的方式為相應(yīng)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)分配發(fā)送時(shí)隙,簇就形成了。

  在簇穩(wěn)定工作階段,簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)將收集到的數(shù)據(jù)在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送給簇頭節(jié)點(diǎn),簇頭節(jié)點(diǎn)將收集到簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合,然后將融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn),由Sink節(jié)點(diǎn)再發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行處理。這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行數(shù)次,之后,再進(jìn)行簇的形成,以此往復(fù),不斷循環(huán)。

  LEACH協(xié)議在簇形成階段,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會輪流地成為簇頭節(jié)點(diǎn),前面幾輪已經(jīng)當(dāng)選為簇頭的節(jié)點(diǎn),在后面的若干輪都無法再擔(dān)任簇頭,這就使得所有節(jié)點(diǎn)都能夠作為簇頭來分擔(dān)作為簇頭時(shí)能量消耗較大的問題。使得能量消耗能夠均衡地分?jǐn)偟礁鱾€(gè)節(jié)點(diǎn),各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗就能夠更加一致,有效延長了網(wǎng)絡(luò)的生存周期。

  1.2 LEACH算法的不足

  由于在簇頭節(jié)點(diǎn)形成過程中,節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭的概率是一樣的。這樣,可能會出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)剩余能量較多的節(jié)點(diǎn)每次都在比較靠后的輪次當(dāng)選簇頭節(jié)點(diǎn),而節(jié)點(diǎn)剩余能量較少的節(jié)點(diǎn)在比較靠前的輪次當(dāng)選簇頭,一些節(jié)點(diǎn)的能量消耗就會過大。同時(shí),如果一輪中選舉出的簇頭節(jié)點(diǎn)距離不合適,勢必會造成簇頭節(jié)點(diǎn)內(nèi)的簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目不均衡;或者是簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到簇頭節(jié)點(diǎn)的距離過大,或者是簇頭節(jié)點(diǎn)過多或者過少。

  上述幾種情況都會加重個(gè)別簇頭節(jié)點(diǎn)的負(fù)擔(dān),不利于均衡節(jié)點(diǎn)能耗。本文提出了一種基于K_MEANS算法的先分簇,再選舉簇頭的改進(jìn)算法。該算法首先隨機(jī)選取幾個(gè)簇頭,然后使用K_MEANS算法進(jìn)行迭代,找出最優(yōu)或者部分最優(yōu)的分簇形式,接著根據(jù)節(jié)點(diǎn)剩余能量和距離該簇質(zhì)心的距離選舉出簇頭,之后進(jìn)入簇的穩(wěn)定工作階段。

  LEACH算法是先選舉簇頭再形成簇,這種成簇過程帶有很大的隨機(jī)性,直接導(dǎo)致簇頭距離不合適,各個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)目不均衡。改進(jìn)算法則使用與之完全相反的方式生成簇。首先通過K_MEANS算法進(jìn)行分簇,它通過幾次迭代過程即可把拓?fù)鋮^(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)盡可能地均分成不同的簇。各個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)距離近,簇間較遠(yuǎn)。這樣簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)到選舉出的簇頭節(jié)點(diǎn)的距離自然就大大縮短,之后,選擇簇頭節(jié)點(diǎn),簇頭節(jié)點(diǎn)的選擇兼顧到了節(jié)點(diǎn)的剩余能量和到簇內(nèi)質(zhì)心的距離。能量較大同時(shí)到簇內(nèi)質(zhì)心的距離較小的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn),這樣可以保證簇頭節(jié)點(diǎn)在本輪數(shù)據(jù)傳輸完成之后屬于能量與其他簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)剩余能量不至于有過大差距。改進(jìn)算法之后同樣進(jìn)入到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸階段。傳輸一段時(shí)間后,重新進(jìn)行簇頭的選擇,如此循環(huán)下去。

  2 LEACH_EH算法

  2.1 K_MEANS算法

  K-MEANS算法,也稱為K-平均或K-均值算法,它是一種得到廣泛使用的聚類算法。其主要思想是通過迭代過程把數(shù)據(jù)集劃為不同的類別,使得評價(jià)聚類性能的準(zhǔn)則函數(shù)達(dá)到最優(yōu),從而使生成的每個(gè)聚類類內(nèi)緊湊,類間獨(dú)立。

  K_MEANS算法是很典型的基于距離的聚類算法,采用距離作為相似性的評價(jià)指標(biāo),即認(rèn)為兩個(gè)對象的距離越近,其相識度越大。該算法認(rèn)為簇是由距離靠近的對象組成的,因此把得到緊湊且獨(dú)立的簇作為最終目標(biāo)。

  本實(shí)驗(yàn)中K_MEANS算法先是隨機(jī)的選取任意k個(gè)節(jié)點(diǎn)作為初始簇頭,每個(gè)簇頭代表一個(gè)簇。剩余的每個(gè)節(jié)點(diǎn),根據(jù)其到各個(gè)簇頭的距離加入到最近的簇頭。各個(gè)簇進(jìn)行質(zhì)心計(jì)算,接著所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)到k個(gè)質(zhì)心的距離選擇加入到最近的質(zhì)心,之后進(jìn)行新簇質(zhì)心的計(jì)算。如果新的質(zhì)心相對于原來的質(zhì)心位置不變或者變化足夠小,認(rèn)為分簇已經(jīng)收斂,分簇結(jié)束;否則繼續(xù)迭代。

  2.2 具體步驟

  2.2.1 簇的形成

 ?。?)從普通節(jié)點(diǎn)中選擇出幾個(gè)節(jié)點(diǎn)作為臨時(shí)簇頭(進(jìn)行分簇用),簇頭數(shù)目根據(jù)參考文獻(xiàn)[9]中可知,最優(yōu)簇頭數(shù)為節(jié)點(diǎn)總數(shù)的3%~7%,這里選擇5%。

 ?。?)其他節(jié)點(diǎn)依據(jù)到各個(gè)臨時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)的距離選擇加入距離最短的臨時(shí)簇頭,形成初始簇。

 ?。?)計(jì)算各個(gè)簇質(zhì)心坐標(biāo)(按簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)平均值計(jì)算),公式為:

  xk=,yk=(2)

  其中,k為質(zhì)心編號,sk為編號k的質(zhì)心擁有的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

 ?。?)各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)到各個(gè)質(zhì)心的距離選擇最近的質(zhì)心加入其簇,若形成的各個(gè)簇已經(jīng)收斂,跳到步驟(5);否則跳到步驟(3),進(jìn)行迭代計(jì)算。公式為:

  其中,i為節(jié)點(diǎn)的編號,k為質(zhì)心的編號。

 ?。?)最終的分簇結(jié)果形成。

  結(jié)果實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,該分簇方法能夠在把隨機(jī)生成的節(jié)點(diǎn)很好地分配在不同的簇內(nèi),圖1為兩組不同的實(shí)驗(yàn)場景生成的分簇結(jié)果,左邊是生成的初始簇,右邊是使用K_MEANS算法得出的簇。

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  2.2.2 簇頭選舉

  分簇形成以后,接著進(jìn)行簇的簇頭選擇。由于簇頭節(jié)點(diǎn)的能量消耗較大,同時(shí)能量消耗與傳輸距離也有很大的關(guān)系。因此,對于每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)判斷值C(n)。其計(jì)算式為:

  C(n)=?琢×+(1-?琢)×(4)

  其中,E(n)表示節(jié)點(diǎn)的剩余能量,Eaver是節(jié)點(diǎn)n所屬簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)剩余能量的均值,D(n)是節(jié)點(diǎn)n到簇質(zhì)心的距離,使用歐式距離,Daver是簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)到該簇質(zhì)心距離的均值,?琢是影響因子,用來權(quán)衡節(jié)點(diǎn)剩余能量與節(jié)點(diǎn)到簇質(zhì)心的距離對簇頭選舉的影響。各個(gè)簇內(nèi)C(n)值最大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)選為簇頭節(jié)點(diǎn),每一輪選擇一次簇頭。

  2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸

  數(shù)據(jù)傳輸階段與LEACH協(xié)議一樣,簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)按照分配的時(shí)隙在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)給簇頭節(jié)點(diǎn),簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送完成后,簇頭節(jié)點(diǎn)對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,然后發(fā)送給Sink節(jié)點(diǎn),這個(gè)過程進(jìn)行數(shù)次,之后再進(jìn)行簇頭選舉。

  LEACH_ED算法的分簇和選舉簇頭流程圖如圖2所示。

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  3 實(shí)驗(yàn)仿真以及結(jié)果

  本文采用的無線通信模型為一階無線通信模型。根據(jù)這種模型,傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸k bit數(shù)據(jù)所消耗的能量為:

  En(k,d)=k×Eelec+k×εamp×d2,d≤d0k×Eelec+k×famp×d4,d>d0(5)

  節(jié)點(diǎn)接收k bit數(shù)據(jù)所消耗的能量為:

  En(k)=k×Eelec(6)

  其中,d0=,節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)根據(jù)距離選擇不同的傳輸方式。當(dāng)傳輸距離小于等于d0時(shí),使用自由傳輸模式,能夠有效地節(jié)省能耗;當(dāng)傳輸距離大于d0時(shí),使用多路徑衰減模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)的能耗只與包的大小有關(guān)。

  本文使用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),設(shè)置節(jié)點(diǎn)數(shù)目為100個(gè),拓?fù)涞膮^(qū)域大小為100 m×100 m,Sink節(jié)點(diǎn)位于拓?fù)涞闹行模?0,50)。節(jié)點(diǎn)完全隨機(jī)地分布在區(qū)域內(nèi),節(jié)點(diǎn)位置固定。節(jié)點(diǎn)的初始能量為1 J,其他主要參數(shù)如表1所示。

  定義當(dāng)節(jié)點(diǎn)能耗小于0時(shí)節(jié)點(diǎn)死亡,死亡節(jié)點(diǎn)不再發(fā)送信息,也不再接收任何消息,與外界失去聯(lián)系。

  假定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的絕對有效時(shí)間定義為從仿真開始到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡經(jīng)歷的時(shí)間,因?yàn)榇藭r(shí)網(wǎng)絡(luò)處于完全正常的工作狀態(tài)下,各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都能夠發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)給Sink節(jié)點(diǎn)。

  相對有效時(shí)間定義為仿真開始到死亡節(jié)點(diǎn)為20%時(shí)經(jīng)歷的時(shí)間。此時(shí),一部分節(jié)點(diǎn)已經(jīng)死亡,但是,由于死亡的節(jié)點(diǎn)分布較為分散,仍然能夠采集到死亡節(jié)點(diǎn)管轄區(qū)域的信息附近的其他節(jié)點(diǎn),所以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息采集仍然能夠覆蓋到全部區(qū)域的可能性還是比較大。

  定義當(dāng)節(jié)點(diǎn)死亡達(dá)到50%的時(shí)候,從開始到現(xiàn)在經(jīng)歷的時(shí)間為可信有效時(shí)間。此時(shí),節(jié)點(diǎn)死亡過半,對于死亡節(jié)點(diǎn)所處的具體區(qū)域也不從得知,因?yàn)榇藭r(shí)無法判斷剩余活著的節(jié)點(diǎn)是否仍然能夠覆蓋全部區(qū)域。可信有效時(shí)間僅作為參考使用。

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  圖3為本實(shí)驗(yàn)采用的實(shí)驗(yàn)場景。圖4是LEACH-ED算法與LEACH算法的各輪次下剩余節(jié)點(diǎn)的存活數(shù)對比圖。

  圖4中,LEACH算法的絕對有效時(shí)間為265輪,而LEACH_ED算法的絕對有效時(shí)間為350輪,絕對有效時(shí)間提高了32%。LEACH算法的相對有效時(shí)間大約為330輪,LEACH_ED算法的相對有效時(shí)間大約為370輪,相對有效時(shí)間提高了12%。LEACH算法的參考有效時(shí)間大致與新協(xié)議相同。從圖4中還能發(fā)現(xiàn),LEACH算法的絕對有效時(shí)間和相對有效時(shí)間的間距較大,大概經(jīng)歷了110輪,而改進(jìn)后的LEACH_ED算法卻只有20輪。這20輪中,節(jié)點(diǎn)大量死亡,死亡的頻度遠(yuǎn)大于同期的LEACH協(xié)議。

  是到各輪次時(shí)所有節(jié)點(diǎn)消耗的總能量圖。改進(jìn)后的協(xié)議每一輪所消耗的總能量與LEACH協(xié)議基本相同。但是結(jié)合圖4可知,節(jié)點(diǎn)性能方面上卻有很大的提高,原因在于改進(jìn)后的協(xié)議主要是在均衡節(jié)點(diǎn)能耗上有較大性能提升。各個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量損耗大致相同,所以節(jié)點(diǎn)的剩余能量也就基本一致。圖4中的LEACH_ED協(xié)議從絕對有效時(shí)間到相對有效時(shí)間的間隔輪數(shù)較小,就是因?yàn)榇藭r(shí)節(jié)點(diǎn)剩余能量都比較小同時(shí)大致相同,一個(gè)節(jié)點(diǎn)死亡同時(shí)表明其他節(jié)點(diǎn)的剩余能量也快耗盡,所以才會出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)集中死亡的現(xiàn)象。

  節(jié)點(diǎn)的剩余能量均衡程度可以用信息熵來表示。信息熵是一個(gè)數(shù)學(xué)上頗為抽象的概念,在這里不妨把信息熵理解成某種特定信息的出現(xiàn)概率(離散隨機(jī)事件的出現(xiàn)概率)。一個(gè)系統(tǒng)越是有序,信息熵就越低;反之,一個(gè)系統(tǒng)越是混亂,信息熵就越高。信息熵也可以說是系統(tǒng)有序化程度的一個(gè)度量。信息熵可以用來衡量一模型中各種事件出現(xiàn)概率的均衡程度,信息熵越大,節(jié)點(diǎn)剩余能量越均衡,節(jié)點(diǎn)的能量消耗越平均。信息熵的計(jì)算式為:

  H(x)=E[l(xi)]=E[log(2,1/p(xi))]=-p(xi)log(2,p(xi)(i=1,2,…,n)(7)

  信息熵越大,表明模型中各個(gè)事件的概率越接近相同,當(dāng)每個(gè)事件的概率均相同時(shí),信息熵達(dá)到最大。

  本實(shí)驗(yàn)中,p(xi)抽象為各輪次后節(jié)點(diǎn)剩余能量與總剩余能量的比值,即:

  p(xi)=(8)

  實(shí)驗(yàn)選取第50、100、150、200、250、300、350輪來比較兩種協(xié)議不同輪次下的信息熵。圖為對比圖。

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  從圖中可以看出LEACH_ED和LEACH在前4個(gè)輪次中信息熵都趨于相同,不過可以明顯看出LEACH_ED協(xié)議在前4個(gè)輪次中信息熵要比LEACH協(xié)議略大;同時(shí)隨著輪次的增加,LEACH_ED協(xié)議和LEACH協(xié)議的信息熵的差值越來越大。LEACH協(xié)議信息熵的變化趨勢非常明顯。這說明開始時(shí)新協(xié)議和LEACH協(xié)議剩余能量都較為平均;隨著輪數(shù)的增加,LEACH協(xié)議中各節(jié)點(diǎn)的能耗就有所偏差,一些節(jié)點(diǎn)的剩余能耗明顯要比其他的節(jié)點(diǎn)少。這導(dǎo)致LEACH協(xié)議中絕對有效時(shí)間時(shí)的輪次要比改進(jìn)后協(xié)議的早大約85輪,相對有效時(shí)間早大約50輪,均衡節(jié)點(diǎn)能量消耗起到了至關(guān)重要的作用。

  本文從LEACH協(xié)議的特點(diǎn)入手,分析了LEACH協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)。然后從均衡節(jié)點(diǎn)能耗上對LEACH協(xié)議進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)后的LEACH_ED算法采用先分簇,再選舉簇頭節(jié)點(diǎn),最后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞?。使用聚類算法K_MEANS對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次性分簇,得到比較好的分簇效果,然后結(jié)合節(jié)點(diǎn)的剩余能量和到簇質(zhì)心的位置選出簇頭節(jié)點(diǎn),之后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)算法的效果,在每輪總能耗與LEACH協(xié)議大致相同的情況下取得了很好的能耗均衡,且能在很長一段時(shí)間上保持同等的均衡效果。

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