无线传感器网络的节能研究（本科毕业论文）(6)

以处于睡眠状态，关闭通信模块，由其上层连接网络负责数据的长距离转发，保证数据通信并节省网络能量；（2）簇头对成员节点的数据进行融合再转发，减少数据通信量；（3）成员节点无需维护复杂路由，减少路由控制信息的数量；（4）采用分簇拓扑结构，有利于分布式算法的应用，对系统变化作出快速反应，便于管理；（5）容易克服平面路由传感器节点移动带来的问题。

正因为分簇路由协议具有这些优点，使得分簇路由协议成为一个研究的热点，下面我们讨论两个典型的分簇路由协议LEACH协议和MRPS协议，并结合这两种协议说明分簇路由协议的研究现状。

2.4 LEACH 协议

LEACH （Low- Energy Adaptive Clustering Hierarchy） 协议是第一个在无线传感网络中提出的分簇式路由协议，其后的大部分分簇式路由协议都是在它的基础上发展而来的。LEACH协议是MIT 的Heinzelman 等人为无线传感器网络设计的低功耗自适应分簇式路由算法。该算法的基本思想是先将传感节点恰当分簇（Clustering），然后为每个簇（Cluster）选取簇头，簇内非簇头节点直接与簇头通信，而簇头节点在接收到本簇之内所有节点的数据后进行数据融合，然后发给数据Sink。该算法通过随机选择每簇簇头，平均分担中继通信业务来实现负荷的均匀分担。LEACH协议定义了“ 轮”(round)的概念，每一轮随机选择簇头，动态分簇，由簇头承担中继通信业务。下一轮工作周期重新选择簇头并分簇。采用这种方法可以使因中继业务繁重而衰竭的节点呈均匀分布状态，LEACH可以延长网络的生命周期。但是LEACH假设所有的节点都能直接与每簇簇头和Sink 通信，因每簇的大小受限，而且整个网络规模的扩张性也并不良好。而且动态分簇引起路由计算的时延和计算处理的能耗。 2.4.1 LEACH算法

在开发协议的过程中，对传感器网络和网络模式做了如下假设：假设所有节点都能够与汇聚点直接通信；节点可以使用电源控制来控制发送能量的不同；每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力；进行信号处理的能量是可以计算的。无线传感器节点能量受限，在最初的簇首选择回合中，所有的节点都携带相同的能量，并且每个成为簇首的节点都消耗大致相同的能量。无线电信号传输在各个方向上能量消耗相同。节点可感知它的剩余能量，并能相应地改变它的发射功率。 LEACH协议是第一个在无线传感器网络中提出的层次式路由协议，其后的大部分层次式路由协议都是在它的基础上发展而来的。LEACH 协议节约能量

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的主要原因是它运用了数据压缩技术和分层动态路由技术，通过本地的联合工作来提高网络的可扩展性和鲁棒性，通过数据融合来减少发送的数据量，通过把节点随机地设置成群头节点来达到网络内部负载均衡的目的，防止群头节点的过快死亡。LEACH协议分为两个阶段操作，即簇类建立阶段（set- up phase）和稳定工作阶段（steady- statephase）。簇类建立阶段和稳定工作阶段持续时间总和为一轮（round）。在簇类建立阶段，LEACH协议随机选择一个传感器节点作为簇头节点，随机性确保簇头与Sink 之间数据传输的高能耗成本均匀的分摊到所有传感器节点。在簇头节点选定后，该节点对网络中所有节点进行广播，广播数据包含有该节点成为簇头节点的信息。一旦传感器节点收到广播数据包，根据接收到的各个簇头节点广播信号强度，该节点选择信号强度最大的簇头，加入该簇，发送成为其成员节点的数据包。分簇形成后，簇头采用TDMA策略分配信道使用权给成员节点。一旦处于稳定工作阶段，簇头节点开始接收该簇中每个节点采集的数据，然后采用数据融合和数据压缩等技术进行汇聚，将整合后的数据传输给Sink，在稳定阶段持续一段时间后，网络又进入另一次分簇建立阶段。

从以上分析，我们知道LEACH协议的精华内容是分布式的成簇技术和自适应的成簇算法以及簇首位置的轮换算法。自适应的成簇算法以及簇首位置的轮换算法保证所有节点公平地承担能量消耗的负担，最终可以延长整个系统的生存时间。不足主要表现在：①簇首的产生具有极大的随机性，可能会出现部分簇首相距sink 节点太远或部分簇内成员离簇首太远的情况，大大增加了节点的传输能耗，故不能有效地延长网络生存时间。②LEACH 算法随机选择簇首并没有考虑到节点的能量状态，不能有效提高网络的生存时间。能量消耗均衡机制要求所有节点的初始能量相同，但这在实际的应用中保证此初始条件比较困难。③由于每轮固定簇头之后再建立簇类，所以簇头开销较大，并且离散式区域算法虽然对于节点位置等要求不高，但无法做到最优。④由于LEACH 要求节点之间以及节点与基站之间均可以自接通信，所以网络的扩展性不强，并且不适用于大型网络。⑤LEACH 的传输距离较远，并且数据融合相对较少，这就要求传输更多的数据到更远的距离，从而加大了能量消耗。 2.4.2 分簇阶段 …… 此处隐藏：318字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……