一种有利位置优先的wsns群首选择机制研究

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1、万方数据王曼毅：一种有利位置优先的WSNs群首选择机制研究1．4群聚模式图1．4简述各种群聚模式[191。图1．4群聚模式群聚方法：若各节点初始能量相同，则群聚时可选择分布式方法；若存在高级节点则可使用中心化方法；当然也有结合二者的混合群聚方法。群聚目的：根据应用倾向，群聚目的大致可分为注重容错性，负载平衡，连通性或其他标准。群首选择：可以根据智能算法或某些准则预先选定群首，也可以根据概率随机选择群首。群聚算法复杂度：不同群居机制复杂度不同，有些为常量，有些则在固定数量级时间内完成群聚，为变量。LEACH属于负载平衡的分布式群聚，随机选择群首，算法复杂度为常量。万方数据

2、6扬州大学硕士学位论文1．5群属性图1．5简述群属性【19】。图1．5群属性群首数目：某些群聚协议预设群首数目，每轮产生固定个数的群；也有一些协议随机选择群首，每轮群数会产生浮动。稳定性：若每轮群首数目变化，且网络拓扑结构不断更改，则为自适应群聚协议；否则，为固定群聚协议。群内拓扑结构：若群内成员均能直接向群首传递信息，则为单跳群聚；否则，为多跳群聚。LEACH为群首数目可变的单跳自适应群聚协议。1．6本章小结本章简述无线传感器网络基本概念及其通信架构，着重介绍层级化群聚(传感器节点类型，群聚模式，群属性)，为本文研究做理论铺垫。万方数据王曼毅：一种有利位置优先的WSN

3、s群首选择机制研究7第2章低能耗自适应群聚层级LEACH2000年，WendiRabinerHeinzelman，AnanthaChandrakasan，HariBalakrishnan三人提出以层级化方式群聚的LEACH(Low—EnergyAdaptiveClusteringHierarchy)协议，对延长无线传感器网络运作时间，提高系统吞吐量等方面做出显著贡献。自此，群聚类协议开始受到广泛关注。2．1LEACH运作流程LEACH以轮为单位运作，每轮开始时各非群首节点感知周围数据，结束时基站收到各群首节点发送来的信息。一轮分为两个状态：群聚态，稳定态[35，40，4

4、11。图2．1LEACH协议流程图图2．1即LEACH群聚态运作过程。每轮确定一个阈值T，每个节点分派一个0到1之间的随机数，若随机数小于T，则那个节点被选为群首；反之，成为群成员。阈值计算公式如下：一否／=J茸／41是l尺啉眵厂万方数据扬州大学硕士学位论文PT(r)2乜1-P*(mod(r,枷若n∈G(2．1)其他其中r为当前轮数，P为做群首概率，据文献[35,40,411中推导，在lOOxl00平方米场地，若基站坐标为(50，175)(基站远离试验场地)，则P为O．05；G为候选节点集合，若1／P轮内某节点被选为群首，则其不属于G。每1／P轮LEACH将更新G集合，

5、使其包含全部存活节点。观察上述公式易知，每1／P．1轮阈值T都会变成1，未被选作群首的节点均会成为群首。在群聚态，群首广播自己ID，非群首接收群首广播；根据接收到的群首广播强弱程度，非群首节点选择距自身最近的群首入群，群首则等待非群首入群；入群过程结束，群首根据群内成员数目制定TDMA计划表，并将其传递给群内成员，非群首则处于等待状态。至此，群聚态结束，进入稳定态。在稳定态，非群首感知周围数据，将其传给群首；群首接收群内成员传递的信息，进行数据融合，并将融合后的信息传递给基站。至此，LEACH的一轮结束，进入下一轮运作。2．2LEACH—C运作流程LEACH协议通过群首

6、轮转来平均分摊网络能耗，但每轮群首个数不固定，并且选择群首时无法顾及群首位置分布。在2002年发表的论文中，Heinzelman等三人提出兼顾节点位置信息与剩余能量的LEACH．C协议。LEACH．C假定基站可获取每个节点的位置信息(通过部分节点加装GPS可实现)以及剩余能量等级，在群聚态选择群首过程中，基站计算出当前轮平均剩余能量，低于平均能量的节点没有可能被选作群首；在所有高于平均剩余能量的节点内，通过模拟退火算法(simulatedannealingalgorithm)每轮选择k个(若WSNs包含100个节点，且基站位于(50，175)位置，则k=5)最佳群首，选

7、取准则为群内成员到群首距离的平方和最小【351。LEACH—C协议其余部分与LEACH一致。万方数据王曼毅：一种有利位置优先的WSNs群首选择机制研究92．3能耗模型Eelec*l￡木l*d“Eelc‘=幸l图2．2LEACH能耗模型E。l∞为传输(或接收)电子每比特消耗的能量l为数据包比特长度d为传播距离传输能耗分为两种情况：‰(d)=，’乞彪c+7‘0’扩．若d