下,算法所选择的簇头节点可能集中在某一个小范围之内,使得一部分成员节点无法加入任何簇或者成员节点与簇头节点进行数据传输时消耗过多的能量。
2LEACH算法假定所有节点都能直接与Si
k节点进行通信,这显然限制了LEACH算法在较大区域内无线传感器网络的应用。
LEACH协议的创建
LEACH协议的创建阶段分为三个阶段:广播,建簇和调度表的生成,每个开始LEACH协议都会随机选择传感器节点作为簇头。簇头选则广播阶段生成,在广播阶段中传感器节点广播一个簇头广告信息。
一旦传感器节点收到广播,它们就被确定从属于哪个簇头了,规则为如果一个节点接收到某个凑头的广播,那么它们就可以自动从属于此簇头。但是,一个传感器节点收到来自哪个簇头的广播,就能通过接受到的簇头之间信道选择,即来自哪个簇头的信号强弱就判断哪个簇头。可以说,簇与簇头之间信道选择是以信道质量更好为标准。
LEACH的改进
LEACH在小规模的网络中性能表现较佳,但在大规模的网络环境中,就会出现能量负载不均,性能明显下降的情况。
进一步分析可以发现,在大规模网络中,远距离的节点距离基站的距离较远,无论如何分簇,传输数据要消耗更多的能量。因此在网络中的边缘节点总是较快的耗尽能量。而靠近基站较近的节点,相反的,因为传输数据所要消耗的能量较
f小,所以通常是最后死亡。结合前人实验的结果,可以得到LEACH协议节点大致
的死亡时间分布,见图,最外围的节点死亡的概率最大,次外圈的其次,而最里
圈的死亡概率最小。
由于LEACH算法中,在每一轮中,簇首节点负责数据融合和与基站通信,比
非簇首节点需要消耗更多的能量。网络中的边缘簇首节点与基站通信本身就要消
耗大量的能量,再加上进行数据融合,会很快死亡,甚至有可能在与基站通信时
能量就消耗殆尽,造成数据的丢失另外,簇首数目过多导致数据融合的效率降低,
产生过多不必要的通信能耗。因此,一定存在一个最佳的簇首概率值5,使得
网络在每一轮中的能耗最小,尽可能地延长整个网络的生命周期。本文中将簇头
节点的优化方案融入改进的协议,并且在本文实验的条件下对其进一步精确化。
簇头节点如下公式:
kopt
N
2
fsmp
Md2
toBS
其中,N为无线传感器网络中的总节点个数;fs为自由信道传输放大器的能
耗系数,单位为Jbitm2mp为多径信道传输放大器的能耗系数,单位为
Jbitm2M为无线传感器网络覆盖区域长度;dtoBS为网络中节点到基站的距离。
用MATLAB实现LEACH协议仿真:
xm200ym200r