[发明专利]基于LEACH的无线传感器网络分簇方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感器网络领域，涉及大规模无线传感器网络节点分簇过程中最优簇头选取的方法，适用于现有的不同应用场景的大规模无线传感器网络。

背景技术

无线传感器网络是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式，人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，从而极大的扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。无线传感器网络涉及计算机、网络、通信、传感器等众多学科，已经成为目前IT领域中的研究热点之一。

在无线传感器网络中，无线传感器节点能量有限且一般没有能量补充，因此路由协议需要高效利用能量，同时无线传感器网络节点数目往往很大，无线传感器节点只能获取局部拓扑结构信息，路由协议要能在局部网络信息的基础上选择合适的路径。传感器网络具有很强大的应用相关性，不同应用中的路由协议可能差别很大，没有一个通用的路由协议。

LEACH(Low-energy Adaptive Clustering Hierarchy)方法是一种自适应分簇拓扑控制方法，将网络中的无线传感器节点划分为若干个簇，每个簇有一个簇头用来对簇内其它普通无线传感器节点进行管理和数据收集，簇头将接收到的簇内无线传感器节点的数据进行融合后发送到SINK节点。LEACH算法采取簇头轮换机制，能够保证各无线传感器节点等概率的担任簇头，将网络能耗平均分摊到每个无线传感器节点上，无线传感器节点能耗比较均匀；随机选取的簇头能够进行数据融合，减少网络中的数据通信量，减少能耗，从而延长了网络的生存周期。

虽然LEACH方法大大推迟了无线传感器节点死亡的时间，但是LEACH方法仍然存在一定缺陷：一方面，LEACH方法的簇头是随机选取的，导致簇头节点在数目上和网络中的不均匀分布。在簇头分布上，若簇头位置靠近簇的边缘，则导致簇内普通无线传感器节点与簇头通信总能量消耗较大；若簇头聚集分布在某一监测区域，则造成簇的大小不均匀，增加网络能耗。另一方面，LEACH方法在簇头选取上没有考虑无线传感器节点的剩余能量，它假设每个无线传感器节点的能量相同，这在实际情况中是不可能的。如果某个无线传感器节点的剩余能量比较小，而它又恰巧被选为簇头节点，由于簇头的能量消耗比较大，这样的簇头节点会提前死亡，该簇所收集的信息将不能传回SINK节点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于LEACH的无线传感器网络分簇方法，对用LEACH方法选取的随机簇头进行调整，选择其中的最优簇头作为最终簇头，以避免簇头的随机选取造成的无线传感器节点提前死亡，适用于不同的应用场景，减少网络能耗，提高生存周期。

实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

(1)根据LEACH协议选取临时簇头：

Pi(t)=kN-k*(rmodNk),Ci(t)=10,Ci(t)=0]]>

其中，N表示网络中的无线传感器节点个数，k表示每轮中期望产生的簇头数，Ci(t)＝1表示在本次N/k轮中该无线传感器节点未当选过簇头，Ci(t)＝0表示在本次N/k轮中该无线传感器节点已当选过簇头，r是选举轮数；