一种基于LEACH的无线传感器网络分簇路由算法

　　1引言

　　无线传感器网络(Wireless Sensor Network ,简称WSN)是监视远程环境的有力工具之一，它的基本功能是收集并返回传感器节点所在监测区域的信息。由于工作环境和自身构造的限制，传感器节点一般是电池供电，并且节点的更换和充电也较难实现。因此，降低节点能耗，延长网络生命周期是无线传感器网络传输机制的一个主要研究目标。

　　网络数据传输离不开路由协议，路由协议对网络的整体性能有重要影响，因此，作为无线传感器网络核心技术之一的路由协议一直是研究的热点。

　　路由算法在路由协议中起着至关重要的作用，无线传感器网络中的路由算法从网络逻辑结构角度可以分为平面路由和层次路由。层次路由算法是无线传感器网络路由算法的研究重点，其中，LEACH算法是比较具有代表性的层次型路由算法。

　　本文在LEACH 算法的基础上，介绍一种改进的路由算法，改进算法的成簇方式相对固定，减少了构造簇的能量消耗。簇形成之后，在簇头间构造最小生成树，簇间通过多跳方式通信，降低了簇头节点之间长距离通信的能耗。

　　2 LEACH 算法

　　2. 1 LEACH 算法描述

　　LEACH (Low2Energy Adaptive ClusteringHierarchy)算法是由MIT 的Heinzelman 等人提出的一种低功耗自适应分簇算法。其基本思想是以循环的方式随机选择簇头节点，将整个网络的能量负载均匀分配到网络中的每个传感器节点，从而达到降低网络能耗，提高网络生存周期的目的。

　　LEACH 在运行过程中不断地循环执行簇的重构。算法操作使用了“轮”的概念，每一轮由初始化和稳定的工作两个阶段组成。在初始化阶段，每个节点产生一个0～1之间的随机数，如果某个节点产生的随机数小于所设的阈值T(n)，则该节点发布自己是簇头的消息，T(n)的计算公式设为：

　　其中，p是簇头占所有节点的百分比，即节点当选簇头的概率;r表示目前进行的轮数;G代表最近1/p轮中还没有当选过簇头的节点集合。

　　非簇头节点根据接收信号的强弱来选择加入到哪个簇，并通知相应的簇头。在稳定阶段，簇内的节点通过TDMA 方式与簇头进行通信，簇头节点接收簇内其它节点发送的数据，并将这些数据进行融合，然后发送给基站。

　　2. 2 LEACH算法的不足及其改进算法

　　在LEACH算法中，每一轮循环都要重新构造簇，而构造簇的能量开销比较大。其次，远离汇聚节点的簇头节点可能会由于长距离发送数据而过早耗尽自身能量，造成网络分割。另外，LEACH算法没有考虑簇头节点当前的能量状况，如果能量很低的节点当选为簇头节点，那么将会加速该节点的死亡，影响整个网络的生命周期。