羅俊杰
四川大學電子信息學院 四川 成都 610065
由于給傳感器節點的電池充電基本上是不可能的,因此路由協議應該以一種節能的方式設計,其中路由算法起著至關重要的作用。
[1]中提出了LEACH協議,LEACH算法通過隨機產生簇頭的方式對傳感器網絡節點進行分簇,但由于簇頭節點選擇的隨機性,因此可能存在低能量節點也被選舉為簇頭的情況,這加速了節點的死亡。[2]中提出了R-LEACH協議,該協議在選擇簇頭的階段考慮了節點初始能量、節點的剩余能量和最優簇頭數這三個重要因素。本文在R-LEACH的基礎上,改進了最優簇頭數的計算方法,并綜合考慮了節點到基站的距離以及節點的初始能量和剩余能量[1]。
本文的剩余部分結構如下:第二節介紹了系統模型。第三節提出了我們的改進算法。第四節展示仿真實驗結果。最后第五節得出結論以及對未來的展望
本文和R-LEACH協議一樣,整體采用的都是LEACH協議的結構。LEACH協議中每個節點在第一輪開始之前,隨機產生一個介于0到1的數,如果產生的數小于LEACH協議給定的閾值,則該節點將成為簇頭。的公式如下:
其中 為節點的數量,d為該節點到基站的距離,M為網絡的尺寸大小,為簇頭壓縮融合數據消耗的能量,m在R-LEACH中代表每個簇的簇頭個數,即m=1。
本文做了如下假設:網絡由n個節點和1個基站組成,n個節點均勻部署在M×M的網絡中。
本文將提出一種改進的協議,綜合簇形成階段和穩態階段計算出,同時還考慮了節點到基站的距離[2]。
然而,上述表達式是基于整個網絡節點都存活的情況下得出的最優簇頭數,隨著節點開始死亡后,網絡中的節點數也在減少,因此為了適應網絡存活節點數的變化,決定用當前存活節點數代替n。
所以節點i成為簇頭的概率為:
MODR-LEACH協議中簇頭選擇的時候還考慮到了節點距離基站的距離這一因素。所以改進之后閾值為:
本文的仿真實驗在matlab上模擬的。
表1 具體參數設置
圖1展示了M O D R-L E A C H協議的網絡壽命,并與LEACH、RLEACH協議作比較。模擬結果表示,提出的MODR-LEACH協議與R-LEACH協議比較時,在網絡壽命上提升了63%。
圖1 網絡壽命
圖2展示了三種協議的網絡能量消耗??梢钥闯鯩ODRLEACH協議消耗能量的速度確實比R-LEACH和LEACH更慢,網絡能耗優化的效果更好。
圖2 網絡能量
本文提出的協議改進了R-LEACH的關于簇頭數的計算方法,在簇頭數的計算上不僅考慮了網絡的簇形成階段和數據傳輸階段。隨著網絡節點的死亡,還用當前存活節點數代替網絡的總節點數,更準確的得出對網絡能量有著重要影響的最優簇頭數,同時本文還考慮了R-LEACH沒有考慮的節點距基站的距離這一因素,綜合這幾個因素對閾值進行調整。通過仿真比較分析發現,改進的協議相比R-LEACH協議,在網絡壽命上提升了63%,在剩余能量上提升了60%。所以本文提出的協議在節能方面具有較好的表現。