《電子技術應用》
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基于延長WSN生命周期的優(yōu)化算法研究
2022年電子技術應用第9期
趙秋月，張玲華
南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京210023
摘要： LEACH協議作為一種經典的低功耗自適應層次路由協議，在要求連續(xù)監(jiān)控的應用場景被廣泛使用。雖然LEACH協議一定程度上均衡了網絡能耗，但由于缺乏節(jié)點能量、位置信息等參數的限制，導致其存在能量消耗不均勻、節(jié)點過早死亡等問題。針對上述問題，提出了一種全新的LEACH-PC協議，在將網絡進行區(qū)域劃分的基礎上考慮了簇的大小，同時對簇頭選舉閾值函數的增益參數進行了優(yōu)化。通過仿真實驗表明，LEACH-PC協議相對于LEACH協議降低了網絡能耗，同時延長了WSN的網絡壽命。
中圖分類號： TN92；TP393
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.222547
中文引用格式： 趙秋月，張玲華. 基于延長WSN生命周期的優(yōu)化算法研究[J].電子技術應用，2022，48(9)：92-96，102.
英文引用格式： Zhao Qiuyue, Zhang Linghua. Research on optimization algorithm based on extending the life cycle of WSN[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(9)：92-96，102.
Research on optimization algorithm based on extending the life cycle of WSN
Zhao Qiuyue, Zhang Linghua
School of Communication and Information Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
Abstract： As a classic low-power adaptive hierarchical routing protocol, LEACH protocol is widely used in application scenarios that require continuous monitoring. Although the LEACH protocol balances network energy consumption to a certain extent, it lacks the limitations of node energy and location information and other parameters, and there are problems such as uneven energy consumption and premature death of nodes. According to these problems, this paper proposes the LEACH-PC protocol, which considers the size of the cluster on the basis of dividing the network into regions, and at the same time adjusts various gain parameters of the cluster head election threshold function, thereby prolonging the network life of WSN. The simulation experiment shows that the LEACH-PC protocol reduces network energy consumption and has delayed network death time relative to the LEACH protocol.
Key words : wireless sensor network; LEACH protocol; life cycle; cluster head election

0 引言

    無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network, WSN)是由一定區(qū)域內隨機分布的無線傳感器節(jié)點組成的自組織網絡[1]。傳感器節(jié)點憑借自組網、自感知等優(yōu)點被廣泛應用到軍事、交通、醫(yī)療等領域[2]。但由于節(jié)點能量有限,一旦能量耗盡將導致整個網絡不能正常工作甚至失效。因此，能量決定了整個網絡的生存時間，根據該特點達到降低能耗，延長網絡生命周期的目的是無線傳感器網絡研究中的一項重要內容[3]。

    為了延長WSN的生命周期，許多學者提出了網絡分簇的概念，即節(jié)點集合成群，可以有效減少整個網絡的能量消耗?；诖烁拍睿琀einzelman等人提出了經典分簇路由協議——低功耗自適應集簇分層型協議（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH）。該協議因其廣泛的適用性以及較好的節(jié)能效果而備受青睞[4]。該協議通過簇頭采集簇內成員的數據，并轉發(fā)給基站，避免了節(jié)點直接將數據發(fā)送給基站從而消耗過多能量的問題。但簇頭選舉的隨機性可能造成節(jié)點死亡速度加快，整個網絡生命周期減少的情況。文獻[5]針對此情況提出了LEACH-C協議，該協議考慮了節(jié)點的剩余能量，優(yōu)化了簇頭的選舉，但每個節(jié)點要向基站發(fā)送自己的剩余能量，頻繁信息交互會造成額外的能量損耗。文獻[6]提出了新算法O-LEACH協議，該協議在選取簇頭時僅考慮剩余能量大于初始能量10%的節(jié)點，但沒有考慮其他的影響因素。文獻[7]給出了RED-LEACH協議，該協議在選取簇頭時，不僅僅考慮剩余能量，同時考慮節(jié)點到基站的遠近，減少了能量損耗，延長了網絡周期。文獻[8]提出了一種基于節(jié)點位置和節(jié)點剩余能量的簇首節(jié)點選取算法，稱之為I-LEACH協議，該協議給出了簇頭選舉公式，每輪中距離區(qū)域中心越遠的節(jié)點和剩余能量越低的節(jié)點被選為簇頭的概率越低，減少了能量消耗并延長了網絡生命周期。但是該協議沒有考慮到簇內成員節(jié)點的個數并且對簇頭選舉函數的修正存在一定問題。




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作者信息：

趙秋月，張玲華

(南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京210023)




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