跨层多跳的LEACH路由协议研究

    0 引言

    无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络，它采用ad hoc方式配置大量微型的智能传感节点，通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息[1]。网络的拓扑结构对网络的性能有重要的影响，传统上根据网络的逻辑结构把网络分层平面路由和层次路由。在平面路由里，网络中的所有节点的地位是同等的，它们通过相互之间的信息反馈及相应操作来实现路由，一般情形下，汇聚节点通过向目标节点发出查询信息，目标节点反馈监测的数据。在WSN 中，典型的平面路由算法有定向扩散路由协议DD(directed)[2]和信息协商协议SPIN(sensor protocols for interformation via negotitong)[3]等。

　　平面路由易部署、易扩展、健壮性比较好，但是没有对网络优化管理、对动态网络变化反应较慢。在分层路由协议里，网络中节点的功能是不同的，一般把节点分成汇聚节点和普通节点，汇聚节点实现数据的收集、处理和转发，普通节点实现区域内监测。聚类路由协议是比较常见的，一般是把网络中的节点分成簇头和簇内节点，每个簇内簇头节点管理普通节点，簇首节点把收集到的簇内几点的数据处理后发送给远处的基站。低功耗自适应分层协议LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)[4]是WSN 中比较典型的分层路由协议。

　　本论文通过对 LEACH 的阐述和分析研究，提出一种多层多跳的路由协议。本文首先介绍了LEACH 的协议体系，然后分析了此协议能耗不均匀的原因，最后对LEACH 协议进行了改进的实验模拟，并且对我的工作进行了总结和对未来的展望。

　　1 LEACH 协议体系及分析LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)[5]协议是由MIT 的Wendi B.

　　Heinzelman,等人首先提出的，基于聚类结构的分层技术协议。LEACH 协议的执行过程是周期的，它把一个周期叫做一轮，每轮分为簇的建立阶段和稳定的数据通信阶段。在簇的建立阶段，随机产生簇头;在数据通信阶段，簇内节点把数据发给簇头，簇头进行数据融合后再发送给远处的汇聚节点。

　　簇头节点的选择具体过程[6]如下：节点产生一个0-1 之间的随机数，如果这个数小于阈值P(n),则发布自己是簇头节点。如果在本轮中已经当选过簇头的节点，则把P(n)设置为0，这样该节点不会再次当选为簇头。对于为当选过簇头的节点，则以概率P(n)当选，随着当选过簇头的节点数目的增加，剩余节点当选簇头的阈值P(n)随之增大，节点产生小于P(n)的随机数的概率随之增大。当剩余一个节点未当选时，则P(n)=1，即该节点一定当选。