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一种WSN中分簇路由算法的改进 　　摘要：在无线传感器网络中，基于分簇的路由协议对提高网络的寿命有着重要作用，LEACH是一种应用比较广泛的层次路由协议。本文提出一种新的基于最优分簇的无线传感器网络分簇路由（LEACH-O）算法，在簇的形成过程考虑到节点的集中程度和节点的剩余能量，从而减少传感器节点的能量消耗，优化资源利用率。仿真实表明，与传统的LEACH算法相比，该算法配传感器节点间数据传输提供了高效路由，从而延长网络的生命周期。 　　关键词：簇头 分簇 剩余能量 能量高效路由协议 　　中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）12-0125-02 　　1 引言 　　目前，无线传感器网络（WSN）在军事、环境监测、医疗应用、防灾救灾以及工业等领域都有着广泛的应用[1]。然而，受技术水平的限制，传感器节点通常采用电池供电，节点电源所能提供的能量十分有限。能量效率已成为无线传感器网络领域研究的重要问题，因此，设计一种高效节能的无线传感器网路由协议具有十分重要的意义。 　　文献[1]中介绍了各种能量高效的分簇路由协议。LEACH[2][3][4]是WSN中最早提出的分簇路由，现有在分簇路由协议大都借鉴了它的思想，文献[5]考虑了簇问能耗不均衡的问题，将监测区域划分为两个簇域，分簇再分别在两个簇域的基础上进行；文献[6]算法在簇头选择过程中纳入节点剩余能量，文献[7]算法考虑到多跳通信比单跳通信更节能，利用非重叠簇区域均匀分布簇头；本文则在对LEACH协议的基础上，提出了一种基于最优分簇的能量高效的无线传感器网络路由协议机制，节约能量并均衡能耗，从而有效延长网络的生命周期。 　　2 LEACH算法及其不足 　　LEACH是MIT的HeinZelman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。其基本思想是将网络划分为不同的簇，引入随机选择簇头和轮换簇头达到能量消耗均衡。LEACH选取簇头采用了“轮”的方法，其运行分为两个阶段：簇建立阶段和稳定数据通信阶段。在簇建立阶段，传感器节点选择0和1之间的随机数，如果小于阈值T（n），则广播自己是簇头的消息。已当选过簇头的节点则把T（n）设置为0，这样该节点不会再次当选为簇头。在选举了簇头后，簇头就向网络中的所有节点广播这一消息，通过接收信号的强度，节点选择所要加入的簇并通知该簇头，簇头就产生一个TDMA 定时消息，并且连同本簇中使用的CDMA编码一起发送给该簇中所有节点。在稳定阶段，节点持续采集数据并向簇头传输数据，簇头将该簇节点传来的数据进行融合处理后发送到sink节点。经过一段时间后，整个网络再次进入下一轮的工作周期。 　　由于LEACH协议采用了动态簇头轮换和分簇思想，使网络能量消耗均匀分布给所有节点，从而有效地延长了网络寿命。但是也同样存在着一些问题：所有节点当选簇头为相同概率，没有考虑节点剩余能量的限制条件；随机选举出来簇头可能导致部分区域簇头太密集而部分区域簇头太少，存在簇头分布不均匀的问题；未考虑簇头轮换所带来的转换开销以及轮换周期值为经验值，不符合实际的应用；簇头与汇聚节点通信采用单跳通信，会导致距离汇聚节点较远的簇头较早死亡，从而引起网络拓扑变化影响网络寿命。 　　3 LEACH-O算法的描述 　　针对LEACH协议存在的问题，本文提出了基于最优分簇的路由协议LEACH-O，使得源节点和sink节点之间进行数据传输的能量高效利用。分簇是一个适于无线传感器网进行数据汇聚的方法，其中的簇头作为汇聚节点，将接收到的簇成员的数据进行数据汇聚。此外，基于高斯分布的节点部署完成了感知区域的有效覆盖。 　　3.1 网络模型建立 　　3.2 簇的形成 　　无线传感器网络中簇的形成依赖于节点接收邻居节点信息的持续时间和邻居节点的剩余能量（ER）。因此，分簇协议分为几轮，其中每一轮被触发，就为网络中的传感器节点找到一个最优簇头。假设传感器节点与它的邻居节点交换信息，组成邻居节点和剩余能量的列表，为减少干扰，还定义了两个节点不在相同的时隙传送数据。 　　簇的形成过程所持续的时间记为TCF。因为取决于多跳分层网络体系结构的WSN，跳距离和层次水平在分簇过程中起着重要作用。 簇的形成步骤过程包含以下四步：（1）第一阶段的操作涉及信息的收集，关于邻居节点广播信息。然后，各个节点从邻居节点收集应答消息，用于广播信标。（2）执行一个排序算法，以获得关于它的跳距离的邻居节点列表。邻居节点列表是以降序排列。（3）当其两跳邻居节点是不封闭的，回到步骤2，分析所有一跳的成员，并使任何一个两跳邻居节点是作为簇的候选人。（4）基于邻居节点的剩余能量执行排序算法。为高效的分簇，每一轮簇的形成过程按这四个步骤执行，给传感器节点和数据汇聚提