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基于LEACH以及改进路由协议性能分析 　　摘 要:简要介绍基于LEACH的无限传感器网络路由协议,以及在LEACH上改进的LEACH-C,STAT-CLUSTER算法,对这几种算法的进行仿真,通过仿真所得到的结果进行能量消耗、网络生存时间上的对比分析,然后总结这几种算法的优缺点,在其基础上提出一些改进。 　　关键词:LEACH LEACH-C STATIC-CLUSTER 簇头 　　中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1007-3973 (2010) 02-058-02 　　1引言 　　无线传感器网络 就是由一些微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳、自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。由于无限传感器具有广阔的应用前景和很高的使用价值,已成为当前研究的热点。 　　无线传感器网络内每个传感器节点通常是带有有限的、不可更换的电源,节点的计算、通信、存储能力也非常有限。因此,无线传感器网络路由协议设计上要以节约能源为主要目标,要求路由算法实现简单、占用资源少,以提高传感器网络的生存周期。目前被提出的无线传感器网络的路由算法主要分为两类:平面路由协议和分层路由协议。 　　LEACH是一种典型的分簇协议,通过改变网络结构可以达到节约能耗的目的。但LEACH算法有节点传输能耗大、网络生存时间短、负载平衡程度低等缺陷。针对LEACH算法的这些缺陷,又相继提出了LEACH-C,STAT-CLUSTER算法。 　　2算法介绍 　　2.1LEACH算法介绍 　　LEACH(low energy adaptive-clustering hierarchy)算法是一种自适应分簇拓扑算法。这种算法将整个网络划分为几个簇,在每一轮中,每个簇选出一个簇头,簇内节点将数据通过簇头转发给汇聚节点。 　　LEACH算法选举簇头的过程如下:节点产生一个0~1之间的随机数,如果这个数小于阀值T(n),则发布自己是簇头的广播。在每轮循环中,如果节点已经当选过簇头,则把T(n)设置为0,这样该节点不会再次当选为簇头。T(n)可标识如为: 　　(公式1) 　　其中,P是簇头在所有节点中所占的百分比,r是选举轮数,rmod(1/p)代表这一轮循环中当选过簇头的节点个数,G是这一轮循环中未当选过的节点集合。 　　节点当选簇头以后,发布通告消息告知其他节点自己是新簇头。非簇头节点根据自己与簇头之间的距离来选择加入那个簇,并告知簇头。当簇头接收到所有的加入信息后,就产生一个TDMA定时消息,并通知该簇中所有节点。为了避免附近簇的信号干扰,簇头可以决定本簇中所有节点所用的CDMA编码。这个用于当前阶段的CDMA编码连同TDMA定时一起发送。当簇内节点收到这个消息后,就会在各自的事件内发送数据。经过一段事件的数据传输,簇头节点收齐簇内节点发送的数据后,运行数据融合算法来处理数据,并将结果直接发送给汇聚节点。 　　LEACH协议采用动态聚类方法,随机选择聚类首领,平均分担中继通信业务,克服了静态聚类算法中簇头节点能量耗尽快,相应簇的生命周期短等不利因素,延长了网络的生命周期;在LEACH协议中进行的本地数据融合技术,进一步减少了传输数据的能量消耗;但是,LEACH算法是让网络中的节点自组织地形成簇,簇头是随机产生的,这种随机产生的方式无法保证簇头节点的合理分布。当簇头节点位置比较集中时,簇的覆盖区域将出现部分重叠的现象,网络拓扑结构不够优化;当簇头分布在边缘区域时,簇内节点到簇头的距离将变大,使得簇的载荷也相应变大,故不能有效地延长网络生存时间;而且由于簇头选举的随机性使得网络的簇头需要负担的节点数不同,加重了个别簇头节点的负担,使得网络的负载平衡程度下降。 　　2.2 STATIC-CLUSTER算法 　　STATIC-CLUSTER算法同LEACH算法一样,也是将网络分成几个簇,在每个簇头选出一个簇头,不同的是静态分粗算法没有轮的概念,也就是一旦簇和簇头决定后,每个簇的数据通过簇头发送给汇聚节点,一旦簇头能量消耗尽后,该簇所有的节点都无法再与汇聚节点通讯。 　　这种算法组网容易,省略了LEACH算法每次簇的生成的开销,但是,这种算法簇头节点承担的任务过重,很容易能量耗尽而导致整个簇的节点废弃。LEACH与静态聚类算法相比,可以将网络生命周期延长。 　　2.3 LEACH-C算法 　　LEACH-C是一种集中式的簇首选择机制,不同于LEACH分布式随机选择簇头的方式,它要求只有能量高于网络平均剩余能量的节点才有可能被选为簇首。LEACH-C通过每个节点与BS直接通信以汇报自己的位置和能量信息的方式,来评估网络剩余能量的平均值和优化簇首的选择,BS根据各节点发送来的