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基于能量均衡高效的LEACH改進(jìn)算法

2023年電子技術(shù)應(yīng)用第1期

謝佳，張玲華

南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇南京 210023

摘要： LEACH路由協(xié)議是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)經(jīng)典的分簇路由方法，但在限能?chē)?yán)重的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)功耗高、生存時(shí)間短等問(wèn)題嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能，為此提出了改進(jìn)的基于能量均衡高效的LEACH-X協(xié)議。通過(guò)加入最優(yōu)簇首數(shù)，提出修正的剩余能量因子，考慮節(jié)點(diǎn)的剩余能量、周期內(nèi)當(dāng)選過(guò)簇首的次數(shù)以及密度因子，并對(duì)部署區(qū)域分區(qū)，針對(duì)區(qū)域調(diào)整距離因子增益參數(shù)的權(quán)重來(lái)修正簇首選舉閾值函數(shù)；接著進(jìn)行二次競(jìng)爭(zhēng)并最終選舉簇首，從而減小節(jié)點(diǎn)能耗，使WSN存活時(shí)間得到一定的延長(zhǎng)。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)LEACH協(xié)議進(jìn)行對(duì)比，LEACH-X協(xié)議降低了網(wǎng)絡(luò)能耗，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。

關(guān)鍵詞： 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò) LEACH 最優(yōu)簇首剩余能量因子密度因子

中圖分類(lèi)號(hào)：TN92；TP393
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223052
中文引用格式： 謝佳，張玲華. 基于能量均衡高效的LEACH改進(jìn)算法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(1)：63-68.
英文引用格式： Xie Jia，Zhang Linghua. Efficient LEACH algorithm based on energy equalization[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：63-68.

Efficient LEACH algorithm based on energy equalization

Xie Jia，Zhang Linghua

School of Communication and Information Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing 210023，China

Abstract： LEACH routing protocol is a classical clustering routing method in wireless sensor networks. However, in severely limited wireless networks, high power consumption and short lifetime of nodes seriously affect network performance. In this paper, an improved efficient LEACH-X protocol based on energy balance is proposed. By joining the optimal number of cluster head, the surplus energy correction factor is put forward. Considering the residual energy of nodes,the number of cluster head during the period and density factor, and partitioning the deployment area， the cluster head election threshold function is modified by adjusting the weight of the distance factor gain parameters for the region.Then, the second competition is in progress and ultimately the cluster head is selectd, so as to reduce the energy consumption of nodes, the survival time of WSN can be extended to some extent. Simulation results show that compared with the traditional LEACH protocol, the LEACH-X protocol reduces the network energy consumption and prolongs the network lifetime.

Key words : wireless sensor network；LEACH；optimal cluster head；residual energy factor；density factor

0　引言

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是一種隨機(jī)部署在某個(gè)地域范圍內(nèi)的自組織網(wǎng)絡(luò)^[1]。WSN^[2]能夠監(jiān)測(cè)、感知和收集區(qū)域內(nèi)環(huán)境或被監(jiān)控對(duì)象的信息，廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事、工業(yè)過(guò)程控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域^[3]，其研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用關(guān)系到國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等許多重要方面^[4]。

WSN具有以數(shù)據(jù)為中心、資源受限、快速部署、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化不易維護(hù)等特點(diǎn)^[5]。其應(yīng)用環(huán)境特殊，當(dāng)節(jié)點(diǎn)能量耗盡將無(wú)法繼續(xù)工作。因此,為了能夠延長(zhǎng)WSN的生命周期，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單有效的協(xié)議，是WSN的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

LEACH(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)^[6]是最早被提出來(lái)的自適應(yīng)分簇路由協(xié)議，但在嚴(yán)重限能的WSN中，對(duì)簇首的選擇較為隨機(jī)，且沒(méi)有將節(jié)點(diǎn)密度、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷和節(jié)點(diǎn)剩余能量考慮進(jìn)簇首選舉過(guò)程中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能較低^[7]，不利于WSN的生存。

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作者信息：

謝佳，張玲華

（南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇南京 210023）

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