LEACH协议的算法结构及最新研究进展
LEACH协议论文分簇路由协议论文
LEACH协议论文分簇路由协议论文摘要：无线传感网络路由协议——leach协议(low energy adaptive clustering hierarchy)是一种经典的分簇路由协议，leach协议相比其他平面路由协议生命周期提高15%以上。
然而leach协议还是存在不少使能耗过大的缺陷，为改进leach协议这些缺陷本文提出了一种节能高效的基于群智能算法的智能分簇路由协议si-crp协议(swarm intelligence-clustering routing protocol)。
关键词：leach协议；分簇路由协议；节能高效；群智能算法；si-crpswarm intelligence-clustering routing protocol based on swarm intelligence algorithmsqian chang-jun(taizhou higher vocational school of mechanical & electrical technology, taizhou 225300, china) abstract: leach(low energy adaptive clustering hierarchy) is a classical clustering routing protocol in wsn routing protocols area. in comparsion with other flat routing protocols, leach can prolong network lifetime by 15%. while there are some shortcomings in leach which waste a lot of energy of sensor nodes,therefore an intelligent routingprotocol-si-crp(swarm intelligence-clustering routing protocol) based on swarm intelligence algorithms is proposed in this dissertation to solve the shortcomings in leach.key words: leach protocol; clustering routing protocol; energy efficiency; swarm intelligence algorithms, si-crp本文提出的智能无线传感器网络分簇路由协议si-crp是以无线传感器网络经典分簇路由协议leach协议的网络结构和路由机制为基础，针对leach协议中的缺点，结合对群智能算法领域的研究提出改进机制，设计出一种基于群智能算法的智能无线传感器网络分簇路由协议。
无线传感器网络LEACH协议的研究及改进
．
Ｌ Ａ Ｈ）并 在 此 基 础 上 针 对其 不 足 对其 进 行 改 进 。仿 真 结 果表 明 ， Ｅ Ｃ ， 改进 后 的 算法 使 网 络 节 点 寿 命 和 网络 寿命 在群 头 节 点百 分 比 取 不 同值 的 情 况 下都 有 所 提 高 ， 取 值 越 高 ， 网络 寿 命 增 加 更 明 显 。 且 其
【 关键词 】 无线传 感器网络 、 ： 传感器网络节点、 低功耗 自适应 集群 型分层协议
１ 引 言 ．
基 于 微 型 机 电 系 统 （ ｃｏ ｅｅｔ ｍ ｃａ ｉ ｌＳ ｓ ｍ ． Ｍｉ － ｌ ｒ ｅｈｎｃ ｙｔ ｓ ｒ ｃｏ ａ ｅ ＭＥ ） 件 的 传 感 器技 术 。 着 低 功 耗数 模 电子 器 件 。 功耗 射 ＭＳ 器 随 低
频设计和廉价微 型无线传感器件的发展也开始大行其道 无线
传 感 器 网 络 （ ｒｌ ｓＳｎｏ ｅｗ ｒ ． Ｎ ｔ 由 一 组 传 感 器 以 Ｗｉ ｅ ｅ ｓｒ ｔｏｋ ＷＳ ）是 ｅｓ Ｎ ＇ ￣ Ａ Ｏ Ｄ Ｈ Ｃ的 方 式 构成 的 无 线 网 络 ． 由散 布 在 一 广 阔 区 域 数 以千 【 计的传 感器节点组成 。ＷＳ Ｎ以数据 、 应用为 中心 。 节点 分布密度 高、 范围广 ， 且大部分处于静止状态 。而 由于相邻节点或 区域之 间数 据 融 合 的存 在 ， 别 是 能 量 的限 制 ． ＷＳ 与 传 统 网 络 及 特 使 Ｎ Ａ Ｏ Ｄ Ｈ Ｃ网 络 有 很 大 的不 同闭 ＷＳ 的 路 由算 法 要 求 具 有 能 量 节点 的节 点 。 Ｎ 有 效性 ， 时 性 ， 实 区域 性 ， 可扩 展 性 ， 自适 应性 ． 错 性 等 特 点 。 容 根 据 传 感 器 节 点 参 与 通 信 的方 式 ， 由 协 议 可 以 分 为 １ 直 路 ３ １ ： 接 通 信 型 协 议 ， 泛 式 路 由 协 议 ， 坦 型 路 由协 议 ， 次 式 路 由 洪 平 层 协 议 。 直接 通 信 型 协 议 中 ，传 感 器节 点 直接 发 送 数 据 给 ｓ ｋ节 ｉ ｎ 点， 只适 用 于 小 型 的 网络 ． 着 节 点 数 目的 增 加 ， 随 网络 中 的 数 据 冲 突也 将 变 得 非 常 严 重 。 泛式 路 由协 议 是 一 种 古 老 的 协 议 ， 洪 不 需 要维 护 网络 的 拓 扑 结 构 和路 由计 算 ．接 收 到 消 息 的 节 点 以广 播 形式 转 发数 据 包 给 所 有 的 邻 节 点 ．但 它 没 有 考 虑 能 源 方 面 的 限制 ． 有” 源盲区” 具 资 的缺 点 。对 于平 坦 型路 由 协议 的 网 络 中 ， 所 有节 点都 是 平 等 对 待 的 。 一个 节 点 需 要发 送 数 据 的 时 候 ， 当 可 能 通过 其 他 的节 点 作 为 中转 节 点进 行 转 发 ． 后 到 达 ｓ ｋ节 点 ． 最 ｉ ｎ 但 是也 由此 可 见 在 ｓ ｋ节 点 附 近 的 节 点 参 与数据 中转 的概 率 要 ｉ ｎ 比远离 它 的节 点 参 与 的 概 率 高 ．这 样 汇 聚 节 点 附 近 的 节 点 经 常 由 于频 繁 地 参 与 数 据 中 转 ， 很 快 地 耗 光 能 量 。 层 次 式 路 由协 而 而 议 的基本思想是将传感 器节点 分成 不同 的集群 ．集群 内部通信 由群 头 节 点 来 完 成 ．群 头 节点 进 行 数据 聚 集 和 融 合 减 少 传 输 信 息 量 ． 后 群头 节 点 把 处 理 后 的数 据 传 送 给 ｓ ｋ节 点 。 最 ｉ ｎ 这种 方 式 能满 足 传 感 器 网 络 的 可 扩 展 性 ．有 效 地 维 持 传 感 器 节 点 的 能量 消 耗 ． 而 延 长 网络 生 命 周 期 。 从 ’ ２ 无线 传 感 器 网 络 Ｌ Ａ Ｈ 路 由协 议 ． Ｅ Ｃ 基 于 传 统 路 由 协 议 ． Ｒ Ｗ． Ｈ ｉ ｅｍ ｎ等 人 提 出 了 低 功 耗 自适 ｅ ｚｌ ａ ｎ 应 集群 型 分 层路 由协 议 （ｏ ｎｒｙ Ｌｗ Ｅ ｅｇ
无线传感器网络LEACH协议的研究与改进
无线传感器网络LEACH协议的研究与改进摘要：LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的WSN 分层路由协议，它采取自适应分簇算法，一定程度上延长了网络生存期。
然而LEACH路由协议的簇头随机产生，没有考虑节点的剩余能量，未达到簇头最优。
LEACH簇头与基站直接通信，如果两者距离较远，则会带来较大的能量损耗。
结合LEACH及LEACH现有的一些改进算法。
综合考虑了节点的剩余能量和簇首节点数目，簇头和基站之间采用单跳和多跳结合策略，有效地降低了能耗，保证了网络负载的平衡。
关键字：LEACH协议；无线传感器网络；簇头选举算法Abstract：LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) is a classic WSN hierarchical routing protocol, it has taken to extend the lifetime of the network adaptive clustering algorithm, to a certain extent. However, the routing protocol LEACH cluster head randomly generated, without considering the residual energy of the node, the cluster head does not reach the optimum. LEACH cluster head directly communicate with the base station, if the distance between the two, it will bring greater energy loss. LEACH and LEACH combining some of the existing improved algorithms. Considering the remaining energy is used between nodes and cluster head node number, cluster head and base single-hop and multi-hop combined with strategies to effectively reduce energy consumption, to ensure the balance network load.KEYWORDS: Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy（LEACH）；Wireless Sensor Network（WSN）;cluster－head selection algorithm1 引言无线传感器网络（WSN）不需要固定网络支持，具有快速展开、抗毁性强等优势，能够适用于人们无法接近的恶劣或特殊环境，在军事、商业、医疗、家庭和环境监测等方面广泛应用。
无线传感器网络LEACH协议研究
无线传感器网络LEACH协议的研究摘要：无线传感器网络因其在军事、经济、民生等方面广阔的应用前景成为21世纪的前沿热点研究领域[1]。
在传感器节点能量有限的情况下，提高路由效率，延长网络寿命成为无线传感器网络需考虑的问题。
由于采取分簇，数据融合的思想，LEACH协议有着较高的路由效率，但在实际应用，尤其是大规模网络中，仍存在负载不均衡等问题。
本文主要分析了LEACH协议的基本思想及优缺点，随后针对大规模的网络环境对其分簇算法进行改进。
前人提出一种有效的方法计算最优簇首个数，本文推算出适合本文中网络环境的公式并加以应用。
本文用NS2进行仿真，仿真后的结果表明，改进后的分簇算法更为有效，延长了网络寿命，增大了网络传送数据量。
关键词：无线传感器网络；路由协议；LEACH；分簇思想Research on Routing Protocol of LEACH in WSNShen Y uanyiDept. of Information and Telecommunication,NUPTABSTRACT：Nowadays, wireless sensor network has become a hot spot of 21st century because of its wide application on military, economy and human life. On the condition that the energy of a sensor node is limited, how to improve the routing efficiency and expand the network’s lifespan has been an important issue to consider. LEACH maintains quite high routing efficiency for its idea of clustering and data gathering. But in practical, it still has problems such as load unbalance especially in large scale network. The article mainly analyses the basic idea of LEACH, the benefits and drawbacks of it and later introduce an improvement on clustering algorithm according to large scale network.Key words：WSN；routing protocol; LEACH; clustering1LEACH协议介绍与分析1.1 LEACH算法思想算法基本思想[2]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平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。
无线传感器网络路由协议LEACH研究报告与改
无线传感器网络路由协议LEACH的研究与改进摘要:无线传感器网络由许多具有低功率无线收发装置的传感器节点成,能够有效地感知、采集和处理网络覆盖区域中的相关信息,并发送给远处的基站进一步处理。
由于传感器节点能量有限,路由协议必须尽可能地减少能量消耗,延长网络生命周期。
在LEACH算法基础上,提出一种改进的路由算法,改进后的算法采用相对固定的成簇方式,每隔一轮重新构建簇。
利用图论中的prim算法,选择每轮中Ped最大的簇头作为根节点,在簇头节点之间构造树形路由,簇头之间以多跳方式将收集到的数据发送到根节点,然后通过根节点将整个网络收集到的数据发送到基站。
仿真结果表明,与LEACH算法相比,改进算法降低了能耗,有效延长了网络生存周期。
关键词:无线传感器网络。
LEACH算法。
分簇。
生命周期。
能量消耗Abstract: W ireless sensor networks consisting of a large number of small sensorswith low-power transceiver canbe an effective tool for apperceiving, collecting and computing data in a variety of environment.The collected datamustbe transmitted to the base station for further processing. Based on LEACH algorithm, this paper presents a novel clustering algorithm in which clusterare relatively fixed and the nodes re-organize themselves into new clusters every other round. It utilizes the Prim algorithm inthe graph theory to form tree routing among cluster-head nodes, and selects the cluster-head with the largestPedas the rootnode. The cluster heads send data to the root node in a multi-hop manner and the root node then sends the gathered data bythe whole network to the base station. Simulation results show that compared with LEACH, the improved algorithm can reduce the energy consumption and prolong the lifetime of the network.Key Words：wireless sensor network, LEACH algorithm, clustering, lifetime, energyconsume1、前言无线传感器网络被认为是在一定空间范围内密集分布的由大量体积小、廉价、电池供电的通信器件构成的自组织系统．由于无线传感器网络大都需要在无人看管、不更换电池或者几乎不可能更换电池的条件下长时间的工作，如何提高能量的有效利用率并延长网络寿命便成了一个重要问题．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。
LEACH协议的簇头多跳算法的研究
Ｉ ＳＮ ０ ９ ３ ４ Ｓ １０ － ０ ４
Ｅ—ｍａ ｌ ｎ ｏ ｅ Ｃ ｎｅ．ｎ ｉ：ｉｆ ＠ Ｃ Ｃ． ｔ ｅ ｈｔ ／ ｔｐ：ｗｗｗ．ｎｚ ． ｔ ｎ ／ ｄ ｓｎｅ． ｅ Ｔｅ： ｌ ＋８６ ５１ ６ ９６ ５ ０ ４ —５ —５ ９０ ３ ６９ ９６
Ｃ ｍ ｕ ｒ ｎ ｗｅ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏ ｇ ｏ ｐ ｔ ｏ ｌ ｅ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ电脑 知 识 与技术 ｅＫ ｄ ａ ｏ
摘 要 ： 着侍 感 器技 术 、 机 电 系统 、 随 微 现代 网络 和 无 线 通 信 等技 术 的快 速 发 展 ， 功 耗 成 为 无 线 传 感 网络 中 关键 性 的 问题 ， 过研 究 低 通 无 线 传感 器 网络 的分 簇 式路 由协 议 ， 析 了 Ｌ Ａ Ｈ 协议 的不 足 并提 出 自己的 改进 思路 （ Ｅ Ｃ ＭＥ 协议 ） 分 Ｅ Ｃ Ｌ Ａ Ｈ－ 。仿 真 结 果显 示 改进 后 的 ＬＡ Ｅ ＣＨ 算 法 在性 能上 有 所提 高 。
关 键 词 ：Ｅ Ｌ ＡＣＨ－ Ｅ 协 议 ； 头 多跳 ； 络 生 存 时 间 ； 线 传 感 网络 ； 功 耗 Ｍ 簇 网 无 低
LEACH协议研究与优化 论文
LEACH协议研究与优化摘要：近年来在微电子技术、通信技术、无线传输技术方面取得的巨大成就使得低成本、低功耗、小体积短通信距离的多功能无线传感器的实现成为可能。
在传感器节点能量有限的情况下，提高路由效率，延长网络寿命成为无线传感器网络需考虑的问题。
[1]由于采取分簇，数据融合的思想，LEACH协议有着较高的路由效率，但在实际应用，尤其是大规模网络中，仍存在负载不均衡等问题。
本文主要分析了LEACH协议的基本思想及优缺点，随后针对大规模的网络环境对其分簇算法进行改进。
关键词：无线传感网络路由协议LEACH 分簇思想Abstract：In recent years, microelectronic technology, communications technology, the tremendous achievements made wireless transmission technology enables low cost, low power, small size short communication distance multifunctional wireless sensors to achieve possible. In the case of limited energy of sensor nodes to improve routing efficiency and prolong the network lifetime becomes a problem in wireless sensor networks need to be considered. As a result of clustering, data fusion ideas, LEACH routing protocol has a higher efficiency, but in practical applications, especially large-scale networks, there are still load imbalance and other issues. This paper analyzes the advantages and disadvantages of the basic idea of LEACH, followed by improvements in its clustering algorithm for large-scale network environment.Keywords：WSN routing protocol LEACH clustering1.概述无线传感器网络因其在军事、经济、民生等方面广阔的应用前景成为21世纪的前沿热点研究领域。
leach协议
leach协议协议名称：Leach协议一、引言本协议旨在规定Leach协议的标准格式和内容，以便确保协议的准确性和一致性。
二、背景Leach协议是一种用于无线传感器网络中的分簇协议，它通过将传感器节点分为若干簇来实现能量高效和高性能的数据传输。
本协议的目标是最大限度地延长网络生命周期，提高能量利用效率和网络性能。
三、协议内容1. 网络拓扑1.1 网络结构：Leach协议采用星型拓扑结构，其中一个节点作为簇头（CH），其他节点作为普通节点。
1.2 簇头选择：每个节点根据能量水平选择成为簇头的概率，能量越高，成为簇头的概率越大。
1.3 簇头通信：簇头负责与其他节点进行通信，收集数据并将其传输到基站。
2. 簇形成过程2.1 簇头选择阶段：- 每个节点根据能量水平计算成为簇头的概率。
- 节点根据概率选择是否成为簇头。
- 若节点成为簇头，则广播该消息给其他节点。
2.2 簇成员选择阶段：- 普通节点接收到簇头广播的消息后，根据一定的规则选择加入某个簇。
- 节点将自己的信息发送给所选择的簇头。
2.3 簇维护阶段：- 簇头周期性地向簇成员发送控制信息，以维护簇内的通信。
- 簇头负责收集簇成员的数据，并将其传输到基站。
3. 数据传输3.1 数据聚合：簇头负责收集簇成员的数据，并进行数据聚合处理。
3.2 数据传输：簇头将聚合后的数据传输到基站。
3.3 能量平衡：为了平衡网络中各个节点的能量消耗，簇头在传输数据之前会使用轮流的方式选择簇成员进行数据传输。
4. 能量管理4.1 能量消耗：节点在进行通信和数据处理时会消耗能量。
4.2 能量补充：节点通过能量收集装置或充电设备补充能量。
4.3 能量均衡：Leach协议通过簇头轮流传输数据的方式，使得网络中各个节点的能量消耗相对均衡。
5. 安全性5.1 身份验证：节点之间的通信需要进行身份验证，以确保通信的安全性。
5.2 数据加密：敏感数据在传输过程中需要进行加密处理，以防止数据泄露。
LEACH协议的研究和改进算法
LEACH协议的研究和改进算法作者：夏越来源：《价值工程》2012年第03期摘要：无线传感器网络由大量密集的微小的传感器节点构成，如果某一节点因能量过快消耗而死亡，将有可能引起整个无线传感器网络失效，单个节点的能量和计算能力有限，如何有效利用节点能源，是我们当前一个比较重要的课题，我们应尽力延长网络的生命周期，提高它的使用效率。
本文提出一种新的路由协议，主要是针对LEACH算法产生额外开销和能量消耗不均衡的问题提出的解决方案，经过验证有效的提高了效率。
Abstract: Wireless sensor network have a lot of tiny and less energy sensor node. If a node is dead because energy is consumed rapidly, it will cause the failure of the whole wireless sensor network. However, the energy and computing ability of single node is limit. How to improve energy efficiency and prolong system lifetime is very important. This paper research LEACH and proposes a new routing protocol which can improve energy efficiency.关键词：传感器网络；路由协议Key words: sensor network；routing protocol中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）03-0159-010 引言随着无线通信技术，电子技术，网络技术，计算机技术的发展，单个传感器节点的计算能力和通信能力也越来越强。
leach协议簇头计算公式的详细计算过程
leach协议簇头计算公式的详细计算过程Leach 协议是一种用于无线传感器网络的分簇路由协议，其中簇头的选择是一个关键环节。
下面咱们就来详细聊聊 Leach 协议簇头计算公式的计算过程。
在 Leach 协议中，簇头的选择可不是随便定的。
它有一套自己的计算公式，这个公式的目的就是为了让网络中的节点能够相对公平、有效地承担起簇头的职责，从而优化整个网络的性能。
先来说说这个公式里涉及到的一些参数。
比如说，有节点成为簇头的概率 P，网络中节点的总数 N，还有已经轮数 r 等等。
具体的计算公式是这样的：T(n) = P / (1 - P * (r mod (1 / P))) ，当 n ∈ G这里面，T(n) 表示节点 n 成为簇头的阈值，G 是在这一轮还没有被选为簇头的节点集合。
那这个公式到底咋用呢？咱来举个例子哈。
比如说一个无线传感器网络里，一共有 100 个节点，设定节点成为簇头的概率 P 是 0.1，现在已经进行到第 5 轮了。
那咱们来算一算节点 20 这一轮成为簇头的可能性。
首先算 (r mod (1 / P)) ，也就是 5 mod （1 / 0.1） = 5 mod 10 = 5 。
然后算 1 - P * (r mod (1 / P)) ，也就是 1 - 0.1 * 5 = 0.5 。
最后算 T(20) ，也就是 0.1 / 0.5 = 0.2 。
如果随机生成的一个 0 到 1 之间的数小于 0.2，那节点 20 就在这一轮被选为簇头啦。
在实际的应用中，这个公式可不是光算算就行的。
比如说，网络中的节点分布不均匀，有的地方节点密集，有的地方稀疏。
在节点密集的区域，如果按照这个公式简单计算，可能会导致簇头过于集中，这样就会加重某些区域的通信负担，影响整个网络的性能。
我之前就碰到过这样一个情况。
在一个监测森林环境的无线传感器网络中，由于树木分布的影响，有些区域的节点比较集中。
按照最初的 Leach 协议簇头计算公式选择簇头，结果就发现那些节点密集的区域能耗特别快，数据传输也不太稳定。
LEACH路由协议最优簇头数计算方法
LEACH路由协议最优簇头数计算方法
摘要：针对计算无线传感器网络的LEACH路由协议最优簇头数时，只考虑了稳定传输阶段的能量损耗，而忽略了建立阶段的能量损耗，从而导致节点加快死亡、网络能量利用率低的问题，提出了一种改进的最优簇头数计算方法。
该方法根据所有节点在一轮消耗的总能量，从能量消耗最小的角度推算出了最佳的簇头数范围，通过控制簇头的数量来改善网络的性能。
MATLAB仿真结果表明，该方法均衡了网络中的能量消耗，延长了网络的寿命。
关键词：无线传感器网络；LEACH路由协议；能量消耗；最优簇头数
无线传感器网络是由大量传感器节点以自组织的方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理区域中感知对象的信息，并发布给观察者[1]。
由于传感器节点的计算、通信能力及能量都十分有限，因此，如何有效地使用能量均衡能量的消耗并延长网络生存时间成为无线传感器网络研究的重点之一[2]。
本文研究了低功耗自适应集群分层型路由协议LEACH。
在簇头数选取时，如果簇头数过多，簇头要与远距离的基站通信，其消耗的能量将远远大于其他的成员节点，同时采集到的数据有冗余，浪费了较多的能量。
如果簇头数太少，也就失去了LEACH协议分层的意义，同时簇头节点接收的信息量大，会增加簇头的工作量，导致簇头节点能量过快地消耗完而死亡[3]。
因此，簇头数量的多少直接影响网络的能量消耗，选择一个合适的簇头数能够使网络的能量消耗平均到每一个节点，延长网络的寿命。
无线传感器网络LEACH路由协议改进算法
计算机 与数 字工 程
Ｃ ｍｐ ｔｒ＆ Ｄｉｉ ｌＥｎ ｉｅ ｒ ｇ ｏ ｕｅ ｇｔ ｇｎ ｅｉ ａ ｎ
Ｖｏ＿ ９Ｎｏ ２ ｌ３ ．
４４
２ １ 年第 ２ ０１ 期
无线 传 感器 网络 Ｌ Ａ Ｈ 路 由协 议 改 进 算 法 Ｅ Ｃ
白凤娥 孔新店 牟汇 慧
Ｋ ｙ Ｗ ｏ ｄ ｗｉｅｅ ｓｓｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｅ ｒｓ ｒｌｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ，ＬＥ ＡＣＨ ｌｏ ｉ ｍ ，ＬＰ ａｇ ｒｔ ｈ ＥＡ ｌｏ ｉ ｍ ，ｃｕ ｔｒｎ ａｇ ｒｔ ｈ ｌｓｅ ｉｇ
Ｃｌ ｓ ｍ ｂ ｒ ＴＰ３ ３ ａ ｓ Ｎｕ ｅ ９
１ 引 言
太原 ００２） ３ ０ ４ （ 原理工大学计算机与科学技术学院 太
摘
要
路 由协议是无线传感器 网络 网络层 的核心技 术 ， 而路 由协议 中的路 由算 法却起 着至关重 要的作用 。文章 在
Ｌ ＡＣ 协议 基础 上 ， Ｅ Ｈ 提出了一种 改进 的 Ｌ Ｅ Ｐ Ａ路 由算法 。经过仿 真分析 ， Ｐ Ａ路 由算法与 Ｌ ＡＣ 算法相 比， ＬＥ Ｅ Ｈ 能进一 步 降低网络能量消耗 ， 延长了 网络生存周期 。验证 了该 协议 算法具有一定的可行性和有效性 。
无线 传 感 器 网 络 （ ｒｌ ｓＳ ｎ ｏ ｔ ｒ ， Ｗｉ ｅ ｅ ｓｒＮｅｗｏ ｋ ｅｓ 简称 ＷＳ 被认 为是 ２ 世 纪最 重 要 的技 术 之 一 ， Ｎ） １ 是 当前 国 际 上 备 受 关 注 的 新 型 前 沿 研 究 领 域 。 ＷＳ 的 目的是 收集 和处 理 目标 监测 区域 内被感 知 Ｎ
关键词 无 线传感器 网络 ； Ｅ Ｃ 算法 ； Ｐ Ａ算法 ； Ｌ Ａ Ｈ ＬＥ 分簇
无线传感器网络LEACH算法的改进
无线传感器网络LEACH算法的改进无线传感器网络（WSN）是由大量互联的低成本无线传感器组成的，用于监测周围环境中的事件并将数据传输到中心节点。
无线传感器网络的LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种常见的能量有效的聚类协议，它通过在无线传感器节点之间形成聚类，将传感器节点分组成不同的簇，并将簇头节点的工作机会平均分配给每个节点，从而延长了整个网络的寿命。
LEACH协议仍然存在一些问题，例如聚类头节点选取的不均匀和能源消耗的不平衡。
研究人员对LEACH算法进行了多方面的改进，以提高网络的性能和能源利用效率。
1. 分簇头节点选择改进LEACH算法中，簇头节点的选择是随机的，这导致一些节点被频繁选为簇头节点，而其他节点却几乎不会成为簇头节点。
为了解决这一问题，研究人员提出了一种改进的LEACH算法，即在节点选择簇头节点时考虑节点的能量水平和其到簇头节点的距离。
这种改进的算法可以使得簇头节点的选择更加均匀，减少了能源消耗的不平衡。
2. 多路径通信改进在传统的LEACH算法中，数据是通过单一路径传输到基站。
在无线传感器网络中，由于节点可能会因为环境变化或故障而失效，单一路径通信容易导致数据丢失。
为了提高数据传输的可靠性，研究人员提出了一种基于LEACH的多路径通信改进算法。
该算法利用多条路径将数据传输到基站，以提高数据传输的稳定性和可靠性。
LEACH算法的改进主要集中在簇头节点选择、多路径通信、节点能量均衡和路径选择优化等方面。
这些改进使得LEACH算法在能源利用效率、网络稳定性和可靠性方面都取得了明显的改善。
随着无线传感器网络的不断发展，LEACH算法的改进也需要不断地调整和完善，以适应不同应用场景的需求。
希望未来能够有更多的研究人员和工程师加入进来，共同努力推进无线传感器网络技术的发展和应用。
LEACH算法
文献44所提出的寻找协作节点的方法主要分为四个阶段。
在第一阶段，利用LEACH（low energy adaptive clustering hierarchy ）[低功耗自适应分簇协议]，产生簇头，簇头向周围节点广播；在第二阶段形成分簇，该阶段操作与LEACH协议相似，只是节点像簇头回复信息时捎带了自己的能量信息；第三阶段簇头很据其分簇中的节点剩余能量和距自身的距离信息选择协作节点，第四阶段，数据通信阶段，协作节点与分簇以MIMO 方式将采集的信息发送给激战。
在该组网方法中，为了确保簇头可以找到足够个协作节点，假设节点分布非常密集，但在实际应用中，随着部分节点由于能好过多而死亡，节点分布会变得越来越稀疏，因此存在簇头无法找到足够个协作节点的情况，该文献并未考虑此种情况。
无线传感器网络路由协议LEACH的研究与改进
ｅｆｃｉｅ ｅ ｓｏ ｈ ｐ ｏ ｅ ｌｏ ｉｈ ａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｔ ｅｉ ｒ ｖ ｄ ａｇ ｒｔ ｍ ｓｍｕ ｈ ｂ ｔｅ ｈ ｎ ＬＥＡＣＨ ｎ ｆｅ ｔｖ ｎ ｓ ｆｔ ｅｉ ｒ ｖ ｄａｇ ｒｔ ｍ ｎ ｒ ｖ ｈ ｍｐ ｏ ｅ ｌｏ ｉ ｍ ｈ ｉ ｃ ｅ ｔｒｔ ａ ｉ
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Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ Ｉ ｐｒ ｖ ｍ ｅ ｆＬＥＡＣＨ ｏ ｉｅｅ ｓＳ ｎｓ ｒＮｅｗｏ ｋ ｓ ａ ｃ ｎ ｍ ｏ ｅ ｎｔｏ ｆ ｒＷ ｒ ｌｓ ｅ ｏ ｔ ｒ ｓ
Ｈ Ｕ Ｇａ ｇ 。 Ｉ Ｄｏ ｇ ｍ ｅ ． ｎ Ｘ Ｅ ｎ — ｉ ’ Ｙｕ ｎ ｚ ｏ ｇ ａ —ｈ ｎ
（ ｏｌ ｅ ｆＣ ｍｐ ｔｒ Ｉｆ ｒ ａ ｉｎＥ ｇｎｅｉｇ， Ｈａ Ｕｎｖｒｉ Ｃ ａ ｇ ｈ ｕＪａ ｇｕ２ ３ ２ ， ｈｎ ） Ｃ ｌｇ ｅ ｏ ｏ ｕｅ￣ ｎ ｏｍ ｔ ｎ ｉｅｒｎ Ｈｏ ｉ ｉｅｓ ｙ， ｈ ｎ ｚ ｏ ｉｎ ｓ １０ ２ Ｃ ｉａ ｏ ｔ
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LEACH协议的研究和改进算法
关 键词 ： 传感 器 网络 ； 由协议 路
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｍ ｕｉ ｒ ｔｃ ｌ ￣ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ； ｔ ｎｇｐ ｏｏ ｏ
中图分类号 ：Ｐ ９ Ｔ ３
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ４ １ （０ ２０ — １９ Ｏ １ － ３ １２ １ ）３０ ５ 一 １
０ 引 言
哪 个 节 点 的数 据 ， 他 们 就 可 以进 行 相 应 的 整 理 归 类 ， 对 这样 做 还 有
一
随着无线通信 技术 ， 电子 技 术 ， 络 技 术 ， 算机 技 术 的 发 展 ， 网 计
个 好 处 ， 是 其他 节 点 可 以 不 受 任 何 干 扰 的在 自己 的时 隙 内进 行 就
Ｖａ ｕ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｌ ｅ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
・１９ ・ ５
Ｌ Ａ Ｈ 协 议的研 究和改进算 法 Ｅ Ｃ
ＬＥＡＣＨ ｏｔ ｃ ｌａ ｍ ｐｒ ｖｅ Ａｌ ｏ ｉｈｍ Ｐｒ ｏ ｏ ｎｄ Ｉ ｏ ｄ ｇ ｒ ｔ
夏 越 Ｘ ａＹｕ ｉ ｅ
（ 大连 理工 大 学城 市学 院 ， 大连 １ ６ ０ １６ ０） （ ａｉｎＵｎｖ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙＣｉ ｓｔｔ， ｌ ｎ １６ ０ Ｃ ｉａ） Ｄ ｌ ｉｅｓｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ｔ Ｉ ｔｕｅ Ｄａｉ ６ ０，ｈｎ ａ ｔ Ｔ ｙｎ ｉ ａ １
开 良好 的路 由协 议 。 现有 的路 由协 议 ， 往 只 考虑 某 一 方面 的 因素 ， 径 为 ２ ｍ， 聚 节 点位 于 （ ０ １５ 的位 置 。 往 ５ 汇 ５ ，７ ） 为 了 分析 系统 的 能耗 ， 引入 一 种 简 单 的 无 线信 道模 型 ，每 ２ ｓ ０ １ ＬＡ Ｅ ＣＨ（ｏ Ｅ ｅｇ ｄ ｐｉ ｌｓｅｉｇＨｅａｃ ｙ 协 议 重 新 进 行 一 轮 簇 首 选 举 ， 由于 ２ 能 量 大 约 可 以提 供 节 点 连 续 工 Ｌ ｗ－ ｎ ｒｙＡ ａ ｔ ｅＣｕ ｔｒ ｉｒｒｈ ） ｖ ｎ Ｊ的 介 绍 作 １ ０轮 ， 计 实验 取 平 均 值 的方 法 。 统 Ｌ ＡＣ 协 议 是 一种 基 于 分 簇 的 低 功 耗 路 由协 议 ，拥 有 众 多 优 Ｅ Ｈ 改进 后 的 算法 和 Ｌ Ａ Ｈ 算 法 的 网 络寿 命 的对 比如 下 ：改 进 后 Ｅ Ｃ 点 。 它 的 基 本 思 想 是 通 过 随机 数 ， 次 循 环 选 择 簇 头 节 点来 降低 每 的 算 法 网络 寿 命 明显 提 高 。 多 个 节 点 的 能 量 消 耗 ， 而 延 长 网络 寿 命 。 Ｅ Ｃ 路 由协 议 在 簇 的 建 从 ＬＡＨ 比如 提 高 传 输质 量 ， 但是 并 没 有综 合 的 考虑 比如 能 耗之 类 的 因素 。
浅谈无线传感器网络LEACH协议的研究与改进
技术市场
浅谈无 线传感器 网络 ＬＡ 协议 的 Ｃ Ｅ Ｈ
研 究 与 改 进
程 彦智
（ 酒钢宏兴股份公司检修 工程部 ， 肃 甘 嘉峪关 ７５０ ） ３ １ ０
【 要】 摘 文章在 分析 了无线传感 器网络 中分层路 由 Ｌ Ａ Ｈ算 法的基础上 ， 出 了一种新型选择 簇首 节点的方法 ， ＥＣ 提 并通 过 ｍａａ 对 改进后 的 Ｌ Ａ Ｈ 算法进行 了仿真 ，仿真 结果显示 改进后 的 Ｌ Ａ Ｈ算法在 网络生 命周期和 网络 能量消耗 两方 面比 ｔｂ ｌ ＥＣ ＥＣ
１任东 陈伟 ， 自雪峰 ．《 美国宪 政历程 ： 响美 国的 ２ 个 司法大 影 ５ 的犯罪分子大得 多。如果政府无 视正当法律程序， 执法犯法， 那 【］ 来，
案》．中国法制出版社，０ ４ ｌ２ ５ ２ ０ ， （９ ）
［ 胡健泼．北京大学 ．沉默权若干 问题研 究．２ ０ （ ２ ］ ０ １４ ）
民大学 出版社 ，０ ３ ４ ２ ２ ０ （１ ）
３陈瑞华 ． 《 问题与 主义之 问——刑事诉 讼基本 问题研 究》 ．中 国人 法律必须尊重每个人 的 自由和尊严 ， 在诉讼程序中要求将 ［］
１ ０ ０ｅ ｉ ｔｒ ｓ ｈｗｅ
节 点的总数 ； ｋ为一个 回合 网络中的簇首节 点数 ； 为已完成的 ｒ
强迫犯 罪嫌疑人 自证其罪 ， 犯罪嫌疑人面对讯 问有沉默不语 的 是将他 作为惩罚的对象和获取证据 的工具 。为犯罪嫌疑人和被
权利 ， 明罪犯的责任 由控诉方承担 。沉默与 自由是当事人 的 告人提供 了一种在保持 沉默与作 出供 述之 间进 行选择 的权 利 证 而不 是把如实 回答 的义务加在 嫌疑人 、 被告人 身上 的 权利 ， 否则 口供 归于无效 沉 默权对防止政府官员执法犯法 、 滥 的 自由， 用权力， 防止刑讯逼供有很重要 的作用 。在其实际意义 中对警 强制 。沉默权是保护了嫌疑人的人权， 而刑事诉讼肩 负的是惩 保护受害者人权 的责任 。因此 ， 行使沉 默权 的嫌疑人也 察为 了及 时破 案、 功请赏 ， 邀 而对 犯罪嫌疑人进 行的的疲劳 审 处犯罪， 讯、 刑讯逼供和精神恐吓 的现象得到了遏制。 会陷入对 自己不利 的地位 。因为坚持缄默的同时也丧失了为 自 司法 当局就会依据其他 证据 做出不利于 在 程序 上保 障了其 正义 性， 程序公正包括立法公正和执 法 己辩护的权力和机会 ， 公正 ， 其核心 内容是程 序的合理 性、 公开性 、 平等性和 效率性 。 沉默者的推定和判决 。 正义的程序作为刑事诉讼 制度追求的基 本的价值 目标 ， 要求国 对于沉默权 问题 ， 果以纯粹对策式 的法 学研 究方法来研 如 家司法机关在追究犯罪、 罚犯罪 的刑事诉讼活动 中必 须以依 究沉默权 将很难走 出用西方理论 研究和论证 西方沉默 权的怪 惩 从而难 以从我 国的司法体制、 诉讼制度 甚至整 个社会环境 照程序和步 骤办事 ， 保证其程序 的正当性、 合理性和统一性。其 圈， 主 旨在于防止权力的滥用 ， 进而保护涉讼 公民的人 身权和 身体 的高度来把握我 国的沉默权 问题。英美国家在沉默权问题上走 之 字型 的 曲折 道路 ， 它给我 们提 供 了许 多有 益 的启 权。 程序公正价值要求 司法侦讯人员在刑事诉讼中对犯罪嫌疑 了一 段“ ” 应 人和被告人告知其享有沉默的权利 。程序平等价值要求保障诉 示 。我们在研究到底是否应 当引进沉默权制度 时， 当认真地 讼参 与人在诉讼活动 中能够平等 的参与活 动，受到平等 的待 回顾这一段反复变化 的历史 。 遇， 进而保障程序 参与者的人格主体性， 由此实现程序 的平 等。
leach算法的详细信息
翻译英文原文的LEACH算法的详细信息LEACH的运作以“轮”来实现，每一轮开始是簇头的建立阶段，其次传输数据到基站的稳态阶段。
为了尽量减少开销，稳态阶段比簇建立阶段时间长。
5.1簇选举阶段簇头选举初始阶段，每个节点根据所建议网络簇头的百分比（事先确定）和节点已经成为簇头的次数来确定自己是否当选为簇头。
每个节点产生一个0-1的随机数字，如果该数字小于阈值T（N），节点成为当前轮的簇头。
阈值T（n）=⎪⎩⎪⎨⎧∈-其它,0,)]/1mod([*1Gnprpp其中，P为预期的簇头百分比（例如，p= 0.5），r为当前轮数，G是最近1/p轮里没有成为簇头的节点的集合。
使用这个阀值，每个节点会在1/p轮的某一轮成为簇头。
在0轮（r = 0），每个节点都有一个成为簇头的概率P。
当选为簇头的节点不能在未来的1/ P轮当选为簇头。
因此，只有较少的节点有资格当选为簇头节点，剩余节点成为簇头的概率必然增加。
1/p-1回合后对任意还没当选为簇头的节点T（n）=1，可见，1/ P的回合后，所有节点都再次有资格成为簇头。
以后的工作中，我们会考虑到非均匀能量节点的以能量为基础的阀值。
在这种情况下，我们假设所有节点具有相同初始数量的能量，每个簇头也消耗大约相同的能量。
非簇头节点必须保持他们的接收器在此选举阶段听到所有的簇头节点的广告。
这一阶段完成后，每个非簇头节点决定在本轮中加入哪一个簇头节点。
这一决定是基于对广告的接收信号强度。
假设是对称的传播信道，收到发送的广告信号强度最大的簇头就是要加入的簇头，与其通信需要的能量最小。
稳定之后表示簇头的随机选举完成了。
5.2簇建立阶段在每个节点已决定它属于哪个簇之后，它必须告知簇头节点，它将成为该簇的成员节点。
每个节点再次使用CSMA MAC协议发送这个信息反馈给簇头。
在这个阶段，所有的簇头节点必须保持他们的接收器打开。
5.3 时间表的创建簇头节点收到所有想加入该簇的节点的消息。
基于这个簇的节点的数量，簇头节点创建一个TDMA时间表告诉所有节点什么时候能开始传输数据。
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LEACH协议的算法结构及最新研究进展
1 LEACH协议算法结构
LEACH这个协议的解释是：低功耗自适应集簇分层型协议。
通过名字，我们就能想到这个协议的大概作用了。
那么在这之中，我们先来研究一下它的算法。
该算法基本思想是：以循环的方式随机选择蔟首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。
仿真表明，与一般的平面多跳路由协议和静态分层算法相比，LEACH协议可以将网络生命周期延长15%。
LEACH在运行过程中不断的循环执行蔟的重构过程，每个蔟重构过程可以用回合的概念来描述。
每个回合可以分成两个阶段：蔟的建立阶段和传输数据的稳定阶段。
为了节省资源开销，稳定阶段的持续时间要大于建立阶段的持续时间。
蔟的建立过程可分成4个阶段：蔟首节点的选择、蔟首节点的广播、蔟首节点的建立和调度机制的生成。
蔟首节点的选择依据网络中所需要的蔟首节点总数和迄今为止每个节点已成为蔟首节点的次数来决定。
具体的选择办法是：每个传感器节点随机选择0-1之间的一个值。
如果选定的值小于某一个阀值，那么这个节点成为蔟首节点。
选定蔟首节点后，通过广播告知整个网络。
网络中的其他节点根据接收信息的信号强度决定从属的蔟，并通知相应的蔟首节点，完成蔟的建立。
最后，蔟首节点采用TDMA方式为蔟中每个节点分配向其传递数据的时间点。
稳定阶段中，传感器节点将采集的数据传送到蔟首节点。
蔟首节点对蔟中所有节点所采集的数据进行信息融合后再传送给汇聚节点，这是一种叫少通信业务量的合理工作模型。
稳定阶段持续一段时间后，网络重新进入蔟的建立阶段，进行下一回合的蔟重构，不断循环，每个蔟采用不同的CDMA代码进行通信来减少其他蔟内节点的干扰。
LEACH协议主要分为两个阶段：即簇建立阶段(setup phase)和稳定运行阶段(ready phase)。
簇建立阶段和稳定运行阶段所持续的时间总和为一轮(round)。
为减少协议开销，稳定运行阶段的持续时间要长于簇建立阶段。
在簇建立阶段，传感器节点随机生成一个0，1之间的随机数，并且与阈值T(n)做比较，如果小于该阈值，则该节点就会当选为簇头。
在稳定阶段，传感器节点将采集的数据传送到簇首节点。
簇首节点对采集的数据进行数据融合后再将信息传送给汇聚中心，汇聚中心将数据传送给监控中心来进行数据的处理。
稳定阶段持续一段时间后，网络重新进行簇的建立阶段，进行下一轮的簇重建，不断循环。
2 LEACH协议的特点
1 为了减少传送到汇聚节点的信息数量，蔟首节点负责融合来自蔟内不同源节点所产生的数据，并将融合后的数据发送到汇聚点。
2 LEACH采用基于TDMA/CDMA的MAC层机制来减少蔟内和蔟间的冲突。
3 由于数据采集是集中的和周期性的，因此该协议非常适合于要求连续监控的应用系统。
4 对于终端使用者来说，由于它并不需要立即得到所有的数据，因此协议不需要周期性的传输数据，这样可以达到限制传感器节点能量消耗的目的。
5 在给定的时间间隔后，协议重新选举蔟首节点，以保证无线传感器网络获取同意的能量分布。
尽管LEACH能够提高网络的生存时间，但是协议所使用的假设条件仍存在着一些值得讨论的问题，问题这主要体现在：
1 由于LEACH假定所有节点能够与汇聚节点直接通信，并且每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力，因此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。
2 协议没有说明蔟首节点的数目怎么分布才能及于整个网络。
因此，很可能出现被选的蔟首节点集中在网络某一区域的现象，这样就会使得一些节点的周围没有任何蔟首节点。
3 由于LEACH假定在最初的蔟首选择回合中，所有的节点都携带相同的能量，并且每个成为蔟首的节点都消耗大致相同的能量。
因此，协议不适合节点能量不均衡的网络。
节点经过蔟头选举成为蔟头后发布通告消息告知其他节点。
其他节点根据与蔟头节点的距离选择加入哪个蔟。
3展望
人们采用各种策略来设计路由协议,其中好的路由协议应该具有以下特点:高效利用能量几乎是设计的第一策略;针对节点易失效的特点,采用多径路由机制。
通过对当前的各种路由协议进行分析与总结,可以看出将来W SN s路由协议研究的某些策略与发展趋势:
(1)减少通信量以节约能量。
由于W SN s中数据通信最为耗能,因此应在协议中尽量减少数据通信量。
例如,可在数据查询或者数据上报中采用某种过滤机制,抑制节点上传不必要的数据;采用数据聚合机制,在数据传输到sink点之前就完成可能的数据计算。
(2)保持通信量负载平衡。
通过更加灵活地使用路由策略让各个节点分担数据传输,平衡节点的剩余能量,提高整个网络的生存周期。
例如,可在层次路由中采用动态的簇头。
(3)路由协议应具有容错性。
由于W SN s节点容易发生故障因此应尽量利用节点易获得的网络信息使整个网络瘫痪。
如何建立节能、高效、健壮、安全的路由协议将是无线传感器网络研究中的重点课题。