2011年3月第3期电子测试ELECTRONICTESTMar.2011No.3基于LEACH协议的无线传感器网络路由算法的改进与仿真赵芳芳,高媛(中北大学电子与计算机科学技术学院,山西太原,030051摘要:针对无线传感器网络中传感器能量有限的问题,从路由算法的角度出发,提出LEACH协议的低功耗改进方案。本文采用划定区域的方式对LEACH协议中的簇头选举进行改进,从而减少网络中节点分布不均匀的情况对簇头节点能量损耗所造成的影响,并使用NS-2进行协议改进前后的仿真。仿真实验结果表明,协议改进后网络生存期有效增长,能量消耗降低,性能优于原LEACH协议。关键词:LEACH协议;NS-2仿真;低能耗中图分类号:TP393文献标识码:AImprovementandsimulationbasedonLEACHroutingprotocolforwirelesssensornetworksZhaoFangfang,GaoYuan(DepartmentofElectrionicandComputerScienceandTechnology,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051Abstract:AimingattheproblemoflimitedenergyofsensorsinWirelessSensorNetworks(WSN,thispaperproposesanapproachofenergy-savingimprovingforLEACHprotocolinaspectofrouting.Toalleviatetheadverseeffectontheenergyconsumptionoftheclusteringhead,resultingfromthenonuniformdistributionofnodesinnetwork,thispaperadoptsthemethodsofcluster-headselectionbasedonzone,andcomparesLEACHprotocolwiththeoriginalonebyusingasimulationsoftwareNS-2.SimulationbyNS2showsthattheprotocolextendsthesurvivaltimeofthenetwork,haslowerenergyconsumptionandperformsbetterthantheoriginalLEACHprotocol.Keywords:LEACHprotocol;NS-2simulation;lowenergyconsumption0引言无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN[1]可应用于军事、商业、医疗救护、环境监测等诸多领域,目前已成为计算机和通信领域中的研究热点之一。无线传感器网络是由大量的微小节点通过无线通信技术组成的自组织网络。传感器节点依靠电池供给能量,而又不能对数量众多的节点更换电池,因此网络生命周期就成为了无线传感器网络的关键性能指标之一。在目前的研究中,分簇算法被认为是进行高效的能量管理、延长网络生命周期的最有效的途径之一。本文对经典的无线传感器网络分簇协议LEACH(低功耗自适应分簇协议[2]进行了深入的研究,簇的形成方法是LEACH协议研究的主要内容,而簇头选择算法又是簇形成的核心,在LEACH协议中簇头选择算法不能做到最优,无法保证簇头处于恰当的位置,这导致簇头过早耗尽能量,缩短了网络的生命周期[3]。针对LEACH协议中簇头选择算法存在的不足,本文提出了改进的协议。1LEACH协议1.1LEACH协议算法LEACH算法是一种周期性执行的低功耗自适应分簇拓扑算法[4],在运行过程中,通过不断随机选取簇首达到能耗均匀分布的目的。LEACH“”定义了轮(round的概念,每一轮分为两个阶段:簇的建立阶段和稳定工作阶段。在簇的建立阶段,首先需要选举簇首节点,簇首节点的选取是由每个节点自主决定的。对于每个节点n产生一个0~1的随机数,如果该随机数小于阈值T(n,则节点当选为本轮簇首。T(n定义如下:P1-p(r・mod(1/p,nG;∈T(n={0,其他・(1式中:p为簇首节点占总节点数的百分比;r为当前的簇首选举轮数;G为过去轮中未当选簇首的节点集。在r=0时,节点以p的概率选取簇首;对于在前r(r<1/p轮之内当过簇首的节点取消其再次当选的资格,从而保证其他节点以相同的概率当选簇首。当分簇过程完成后便可以进行数据的传输,进入稳定工作阶段。1.2LEACH协议的优缺点LEACH协议具有很多优点,比如分层的簇型结构、本地数据联合处理和簇头节点动态分配,特别是在处理具有高度相关性的数据时,由于数据融合力度大,冗余数据被大量消除,因此在能耗方面性能较好,但LEACH仍有不足之处:(1在LEACH算法中,分布式簇首选取机制能够均匀网络中节点能耗,但随机选取的簇首节点无法保证簇头节点在空间上均匀分布,在某些情况下,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[5-6]。(2LEACH算法假定所有节点都能直接与Sink节点进行通信,这显然限制了LEACH算法在较大区域内...