LEACH协议簇头
LEACH协议簇头
《单片机原理与接口技术》期中论文论文题目LEACH协议簇头选择算法的改进姓名学号学院电气工程学院专业班级2008级通信工程目录引言41 LEACH协议41.1 LEACH 协议介绍41.2 LEACH 协议的能量损耗模型61.3 LEACH 的不足在于：61.4 LEACH 协议的优化71.4.1 基本思想71.4.2改进细节72 簇头选择算法的改进LEACH-H82.1簇头初选92.2簇头调整过程93仿真结果114仿真分析115结束语13参考文献15EACH协议簇头选择算法的改进专业：通信工程姓名：马进虎摘要LEACH 协议存在簇头节点个数和位置分布不稳定的现象。
在改进的LEACH-H 协议在簇头节点的选举过程中, 充分考虑了簇头节点剩余能量因素, 设定了簇头的能量阀值, 防止了低能量的节点成为簇头。
在此基础上引进簇头调整过程, 该过程通过排除紧密邻居簇头和增加必要的簇头, 在一定程度上解决了LEACH 协议存在的问题,从而达到均衡网络能量消耗, 延长生存期的目的。
网络仿真证明了新算法的可行性，具有更高的能量使用率和更长的生存时间。
关键词WSN; LEACH; 簇头选择; LEACH—MAbstract In LEACH , the number and the locations ofcluster-heads are both unstable. In order to avoid low energy cluster-head , inthe process of cluster-head electing , LEACH-H takes remaining energy into consideration , designs energy threshold of cluster-head. Acluster-head adjusting phase is devised , which can eliminate close neighbor cluster-heads and necessarily add cluster-heads. This phase willsolve the aboveproblems to a certain extent , attain the load equilibrium and further lengthen the network lifetime. The simulation results showthat the new algorithm is feasible，higher energy usage and longer survival time.Key words WSN; LEACH; selecting cluster-heads ; LEACH-M引言LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)协议是无线传感器网络层次型自适应成簇路由协议。
leach协议
leach协议协议名称：Leach协议一、背景介绍Leach协议（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种用于无线传感器网络（WSN）中的能量高效的分簇协议。
该协议通过将传感器节点划分为簇（cluster）并选择簇头（cluster head）来降低能量消耗，延长网络寿命。
本协议旨在实现高效的数据传输和能量平衡。
二、协议目标1. 降低无线传感器网络中的能量消耗，延长网络寿命。
2. 提供高效的数据传输和通信能力。
3. 实现传感器节点之间的能量平衡，避免能量耗尽导致节点失效。
三、协议内容1. 初始化阶段a. 每个传感器节点随机选择一个时间片作为其通信轮次。
b. 节点根据其能量水平决定是否成为簇头节点，能量水平高的节点更有可能成为簇头节点。
c. 节点广播自己的簇头选择信息，并收集其他节点的选择信息。
d. 节点根据收到的选择信息决定是否加入某个簇。
2. 簇形成阶段a. 节点选择一个簇头节点作为其父节点，并发送加入请求。
b. 簇头节点接收加入请求，并根据一定的策略选择是否接受该节点加入。
c. 被接受的节点成为该簇的成员，否则继续选择其他簇头节点发送加入请求。
d. 簇头节点维护成员列表，并将该列表发送给所有成员节点。
3. 数据传输阶段a. 簇头节点收集成员节点的数据，并进行聚合处理。
b. 簇头节点将聚合后的数据发送给基站或其他目标节点。
c. 成员节点将自己采集到的数据发送给簇头节点。
4. 能量平衡机制a. 簇头节点周期性地向成员节点广播能量消耗情况。
b. 成员节点根据收到的能量消耗情况，决定是否重新选择簇头节点。
c. 节点在一定时间内轮流担任簇头节点的角色，以实现能量的均衡分配。
四、协议优势1. 能量高效：通过分簇和选择簇头节点的方式，降低了能量消耗，延长了网络寿命。
2. 高效的数据传输：簇头节点对成员节点的数据进行聚合处理，减少了冗余数据的传输。
3. 能量平衡：通过周期性地重新选择簇头节点，实现了能量的均衡分配，避免了能量耗尽导致节点失效。
LEACH协议簇头选择算法的改进与研究
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［ 键 词 ］无 线 传 感 器 网络 ；分簇 式层 次 路 由协 议 ； 头 选 择 关 簇 ［ 图分 类 号 ］Ｔ ３ ｌ 中 Ｐ ０ ［ 献标识码］ 人 文 ：
无线 传感 器 网络 （ Ｓ ， 一 个 区域 内 布置 无 Ｗ Ｎ） 在 限个 能量 有 限的传 感 器 节 点 ， 成 一个 无 线 网络 且 形 每个 节点 能够 自行 采 集 区域 中 的信 息 ， 送 站 基 站 发
LEACH路由协议中簇头的选举和分簇 j江南大学
班级：微电子 1101 学号：0301110115 姓名：杨海平 一，实验目的： 通过仿真实验掌握 LEACH 路由协议中簇头的选举和分簇。 二，实验内容： 在 100*100M2 的正方形区域里，随机分署有 100 个传感节点，簇头占所有节点的比例 为 P=1/10，汇聚节点 sink 的位置坐标为（50,50） 。 （1），绘制网络分布图； （2），选举簇头，并在分布图中标注； （3），组簇，并画出簇成员与簇头的连线，以及簇头与 sink 的连线。 三，实验方法： （1），在边长为 100m 的正方形中，产生传感器节点数为 100 的随机分布图，且 sink 节点的位置坐标为（50,50） ； （2），簇头选举 选举原则： 一个传感器节点随机选择 0 和 1 之间的一个值， 如果选定的随机数小于 阈值 T（n） ，那么这个节点成为簇头节点；
3.281 6.025 8.015 9.264
10.131 11.348 12.295 14.057
30 16.6767
45
15.39450源自17.628分析：在信标节点个数一定的情况下，通信半径越大，定位就越不准确。
error1=0; for optime=1:1:800 x=100*rand(1,20);%随机产生X坐标为0~100的信标节点的坐标 y=100*rand(1,20);%随机产生Y坐标为0~100的信标节点的坐标 xunknow=100*rand(1,1);%随机产生未知节点的坐标 yunknow=100*rand(1,1);%随机产生未知节点的坐标 xsum=0; ysum=0; xunknowcal=0;%800次仿真中的一小次仿真计算的未知节点的坐标 yunknowcal=0;%800次仿真中的一小次仿真计算的未知节点的坐标 connectedtime=0; for i=1:1:20 d=sqrt((x(i)-xunknow)^2+(y(i)-yunknow)^2); if d<r(ri) xsum=xsum+x(i); ysum=ysum+y(i); connectedtime=connectedtime+1; end end if connectedtime ~=0 xunknowcal=xsum/connectedtime; yunknowcal=ysum/connectedtime; validtimes=validtimes+1; error1=sqrt((xunknowcal-xunknow)^2+(yunknowcal-yunknow)^2); errorsum=errorsum+error1;%累加误差 end end error(ri)=errorsum/validtimes;%计算平均误差 end 六，实验结果和分析： （1） ，实验内容一： 表1 不同信标节点个数时的误差（通信半径50m） 6 12 18 24 信标节点个数 误差（米） 21.4302 19.0172 17.8113 17.1872 分析：在通信半径一定的情况下，信标节点数越多，定位就越准确。 （1） ，实验内容二： 表2 不同通信半径时的误差（信标节点个数为20） 10 15 20 25 30 35 40 通信半径 （米） 5 误差（米）
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簇头选举法阈值公式
leach簇头选举法阈值公式Leach 簇头选举法阈值公式，这可是个有点复杂但又特别有趣的东西。
咱先来说说啥是 Leach 簇头选举法。
想象一下，有一大群小机器人在一个大场地里跑来跑去，得有人来指挥它们，不然就乱套啦。
这时候，就需要选出一些“小领导”，也就是簇头，来负责协调和管理。
Leach 簇头选举法就是用来决定谁能当这个“小领导”的方法。
而其中的阈值公式呢，就像是一个神秘的魔法公式，决定着谁能被选中成为簇头。
我给您举个例子哈，就像我们在班级里选班长。
如果只是随便选，可能选出来的班长不一定能管好班级。
但是如果有一套规则，比如说学习成绩好、组织能力强、跟同学们关系好等等，按照这些标准来选，就能选出比较合适的班长啦。
Leach 簇头选举法的阈值公式就是这样一套规则。
这个阈值公式会考虑很多因素。
比如说节点的剩余能量，就像咱们人要是精力充沛才能干好活儿，节点能量足才能更好地完成任务嘛。
还有节点到基站的距离，离得太远或者太近可能都不太好。
记得有一次，我在观察一个小型的传感器网络实验。
那些小小的传感器节点就像一个个努力工作的小蜜蜂，不停地发送和接收信息。
当时，我特别关注其中一个节点，它的能量不算高，但是位置还不错。
按照阈值公式计算，它原本不太可能成为簇头。
可没想到，在那次选举中，因为其他节点的情况更不理想，它居然被选中了。
这让我深刻地感受到，这个阈值公式虽然有一定的规律，但实际情况中的各种变化也会带来意想不到的结果。
再深入说，这个阈值公式其实也是在不断优化和改进的。
就像我们做事情，一开始可能方法不太好，但随着经验的积累和不断尝试，会找到更好的办法。
科研人员们也是这样，一直在努力让这个公式更加准确、更加高效。
总之，Leach 簇头选举法阈值公式虽然复杂，但它对于优化网络性能、提高资源利用率等方面有着重要的作用。
我们在研究和应用它的时候，要充分考虑各种实际情况，不断探索和创新，让它能更好地为我们服务。
希望我这么一讲，您能对 Leach 簇头选举法阈值公式有个更清楚的了解。
简述LEACH算法的基本原理。
简述LEACH算法的基本原理。
LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）算法是一种无线传感器网络中常用的能量有效的数据聚集协议。
其基本原理是将传感器节点分为若干个簇，每个簇有一个簇头节点，簇头节点负责收集和汇总本簇内的数据并将其传输到基站，从而减少无线传输的能量消耗，延长网络寿命。
LEACH算法的具体实现步骤如下：
1. 初始阶段：每个节点随机选择一个数值作为阈值，若节点的能量水平高于该阈值，则该节点有可能成为簇头节点。
2. 簇头节点选择阶段：每个节点通过计算与其距离的平方和来确定与其最近的簇头节点，并将自己加入该簇头节点所在的簇中。
每个簇头节点根据自己的能量水平计算出一个概率值，该概率值与其他节点的能量水平成反比，能量水平越高的节点成为簇头节点的概率越小。
簇头节点将自己的概率值广播给其他节点，每个节点通过比较自己的概率值和簇头节点的概率值来决定是否成为簇头节点。
3. 簇内通信阶段：每个节点将数据发送给其所在的簇头节点，簇头节点负责汇总和压缩数据，并将数据传输到基站。
4. 轮换阶段：为了平衡能量消耗，每个簇头节点轮流充当簇头节点，其他节点
重新选择簇头节点。
LEACH算法的优点是能够有效地减少能量消耗，延长网络寿命，同时具有良好的可扩展性和自适应性。
但是由于其随机性较强，可能导致网络中出现簇头节点密集或稀疏的情况，从而影响网络性能。
leach协议
leach协议Leach协议是一种用于无线传感器网络的能量平衡路由协议，它旨在通过动态地调整传感器节点的工作模式，延长网络的生命周期。
在传感器网络中，能源是一种宝贵的资源，因此如何有效地利用能源，成为了无线传感器网络研究的重要课题之一。
Leach协议正是为了解决这一问题而诞生的。
Leach协议的核心思想是将传感器节点分为两类，簇首节点和普通节点。
簇首节点负责接收周围普通节点的数据，并将汇总后的数据传输给基站，而普通节点则负责采集数据并将数据发送给周围的簇首节点。
这种分工的设计有效地降低了普通节点的能耗，延长了整个网络的生命周期。
在Leach协议中，簇首节点的选择是一个关键的环节。
为了保证网络中各个簇首节点的负载均衡，Leach协议采用了轮换的方式来选择簇首节点。
具体来说，Leach协议将时间划分为若干个轮次，在每个轮次开始时，网络中的每个节点都有一定的概率成为簇首节点，而不同节点的概率是相同的。
这样一来，每个节点都有机会成为簇首节点，从而实现了负载均衡。
除了簇首节点的选择外，Leach协议还引入了分簇的概念。
在每个轮次开始时，普通节点会选择一个簇首节点进行关联，而簇首节点则负责管理与自己相关联的普通节点。
这种分簇的设计有效地减少了节点之间的通信开销，提高了网络的能效。
另外，Leach协议还引入了时间分割多址（TDMA）的技术，通过对网络中不同节点的工作时间进行合理的调度，避免了节点之间的冲突，提高了网络的吞吐量。
总的来说，Leach协议通过合理地分工、轮换簇首节点、分簇和TDMA技术的引入，有效地延长了无线传感器网络的生命周期，提高了网络的能效。
同时，Leach协议的设计简单、易于实现，适用于各种规模的传感器网络。
在实际应用中，Leach协议已经被广泛地应用于各种无线传感器网络中，并取得了良好的效果。
随着无线传感器网络的不断发展，相信Leach协议将会在未来发挥越来越重要的作用，为无线传感器网络的发展贡献力量。
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簇头初选........................... 错误!未定义书签。
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3仿真结果 ............................ 错误!未定义书签。
4仿真分析 ............................ 错误!未定义书签。
5结束语 .............................. 错误!未定义书签。
参考文献 ............................. 错误!未定义书签。
EACH协议簇头选择算法的改进专业：通信工程姓名：马进虎摘要LEACH 协议存在簇头节点个数和位置分布不稳定的现象。
在改进的LEACH-H 协议在簇头节点的选举过程中, 充分考虑了簇头节点剩余能量因素, 设定了簇头的能量阀值, 防止了低能量的节点成为簇头。
在此基础上引进簇头调整过程, 该过程通过排除紧密邻居簇头和增加必要的簇头, 在一定程度上解决了LEACH 协议存在的问题,从而达到均衡网络能量消耗, 延长生存期的目的。
网络仿真证明了新算法的可行性，具有更高的能量使用率和更长的生存时间。
关键词WSN; LEACH; 簇头选择; LEACH—MAbstract In LEACH , the number and the locations ofcluster-heads are both unstable. In order to avoid low energy cluster-head , inthe process of cluster-head electing , LEACH-H takes remaining energy into consideration , designs energy threshold of cluster-head. Acluster-head adjusting phase is devised , which can eliminate close neighbor cluster-heads and necessarily add cluster-heads. This phase willsolve the above problems to a certain extent , attain the load equilibrium and further lengthen the network lifetime. The simulation results showthat the new algorithm is feasible，higher energy usage and longer survival time.Key words WSN; LEACH; selecting cluster-heads ; LEACH-M引言LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)协议是无线传感器网络层次型自适应成簇路由协议。
它将传感器网络节点划分成“簇”,并引入了“轮”的概念,各节点独立地按照概率随机决定自己是否做“簇头”,通过周期性的簇头选举和网络重组过程,避免了簇头节点能耗过大,平衡了网络负载,大大节约了通信过程中的能量消耗。
另外,簇头节点在处理数据的时候用到了数据融合技术和数据压缩技术,使得传输的数据量大大减小。
因而与一般的多跳协议或者静态成簇算法相比,LEACH 可以将网络的生命周期延长15 % 。
然而,LEACH 选簇首的方法常常呈现不稳定状态,即在一次实现中会出现簇首个数远远偏离期望值和分布位置集中在网络覆盖区域一侧的现象。
本文对簇头选择算法进行改进,提出了新的协议LEACH—H。
1 LEACH协议LEACH 协议介绍LEACH 协议的每一轮可分成簇建立和稳定数据传输2个阶段。
在簇建立阶段,各节点自主地运行簇头选举算法以确定自己是否成为簇头节点。
成为簇头的节点向周围节点广播信息,其他节点根据接收到的广播信息的强度来选择它所要加入的簇,并告知相应的簇头。
在稳定数据传输阶段,簇内节点把数据发送给簇头,簇头进行数据融合并把结果以一跳通信方式发送给sink 节点。
簇头需要完成数据融合、与汇聚节点通信等任务,能量消耗较大。
因此,每一轮结束要按照上述方法重新选择簇头,以平均分担中继通信业务来均衡能量消耗。
LEACH的簇头选举算法是分布式的算法,没有任何中心节点控制选举或对选举进行协调。
每个节点独立自主地决定是否成为簇头。
选举时,节点产生一个0～1 之间的随机数,若该随机数小于阀值T( n) ,则发布自己是簇头的公告消息。
T( n) 的公式为:式中, p 为簇头节点在传感器网络所有节点中所占百分比的期望值; r 为当前选举的轮数; G 是在最近1/ p 轮中没有当选过簇头的节点集合。
通过该算法,每个节点都会在1/ p 轮中当选一次簇头节点。
通过研究发现LEACH 选簇首的方法无论从数量上还是分布的位置上都常常呈现不稳定状态。
当簇首个数太少时,失去分层的意义;当簇首个数太多时,由于簇首要直接与远端的sink 节点通信,发射功率较大,会导致整个网络能耗过大;簇首位置过偏会导致部分节点簇内通信半径过大,能耗不均匀,这都会影响网络寿命,使得网络的负载平衡程度下降。
研究发现,上述现象的发生源于每次簇首选举的过程完全依赖于各节点产生随机数的过程,由于随机数产生的不稳定性导致了簇首状态的不稳定性。
LEACH 协议的能量损耗模型图1 LEACH 协议的能量损耗模型LEACH 协议的能量损耗模型主要有接收机和发射机两部分组成。
发射机：发生电路发送放大器组成。
接收机主要是接收电路。
LEACH 的不足在于：（1）各节点自行随机决定是否成为簇头，导致簇头在某一区域特别集中，某一区域又特别稀疏。
（2）LEACH 假定所有节点初始能量相同，但实际上这点未必成立。
即使成立，由于消耗不均，运行一段时间后剩余能量也会不一致。
（3）簇头的选择没有考虑节点的剩余能量，有可能导致某些节点的能量提早耗尽。
（4）EACH 选簇首的方法无论从数量上还是分布的位置上都常常呈现不稳定状态。
LEACH 协议的优化1.4.1 基本思想针对不足，对LEACH 进行改进。
首先，为系统内节点添加定位装置（如GPS），使每个节点都有唯一的节点标识符node_id，接着以监测区域中心为质点，选定一起始半径，以2/kopt为定长进行等角度分区（kopt为网络最优簇头数），将整个区域分成多个均匀的子区域，避免了簇头分布不均。
此外，给每个子区域制定唯一的区域标识符area_id，使每个节点清楚自己的归属。
改进算法依旧采用“轮”的概念，每轮分为初始化和稳定工作两个阶段。
簇头的选择由节点剩余能量决定，每轮过后计算每个节点的剩余能量，区内节点把自身带有的node_id、area_id 和标示本身能量的信息传输给它的邻节点，这样同区域内的每个节点都相互知道其它节点的相关信息，比较同区域内其它节点的剩余能量，能量最高的为本轮簇头，如一轮中出现相同剩余能量的节点，且能量都为最高，则按节点的标识符选定簇头。
1.4.2改进细节（1）初始化最大节点数P，Eini（节点初始能量），Eres（节点剩余能量），节点初始能量与节点初始剩余能量相等，E0（剩余能量的阈值，小于此阈值，节点将不能选为簇头），Eelec（发送和接收电路消耗的能量），￡fs（信号放大器的通信功耗），每个数据包的大小。
（2）子区域划分，计算节点能量的消耗和剩余能量，确定簇头。
操作如下：①在特定网络区域中随机部署所有节点，确定节点的标识符和坐标。
②划分kopt个子区域，指定每个子区域的标识符。
划分子区域的前提在于最优簇头数的确定。
当分布区域确定后，假设有N 个节点均匀分布在M×M 区域内，如簇头数为k 个，则每个簇内平均节点数为N/k。
当Sink 点距离节点分布区域较远时，能量按距离的四次方衰减。
③计算节点能量的消耗和剩余能量，确定簇头。
2 簇头选择算法的改进LEACH—H采用无文献[4 ]中的计算方法来计算在一定条件下最优簇头节点个数k ,其公式如下:式中, N 为传感器节点总数;λ控制包与数据包的长度比;εf s与εamp为常数; dtoBS为节点到基站距离的期望值; M 为检测区域边长; m 为压缩比,即簇头节点最多可把m 个长度为L 的数据包压缩为一个长度L的数据包。
在簇头选举过程中,借鉴文献[5 ] ,LEACH2H 协议引入簇头竞争调整过程,通过该过程的执行,可以在很大程度上均衡簇头节点的分布, 并提高网络的可靠性。
簇头初选只有剩余能量大于阀值的节点才有资格成为簇头,能量阀值的计算公式如下:式中, r 为当前运行轮次; n 为无线传感器网络的预期运行轮次; E0 为节点初始能量; Eth为第r 轮的簇头节点能量门限。
通过引入能量门限,防止了低能量的节点成为簇头,这就避免了因为簇头死亡造成的重选举开销和数据丢失。
簇头调整过程节点根据簇头选举规则成为备选簇头后,就向其通信范围内的节点发送广播包,广播包中含有自己的ID 号和剩余能量数据项,每个备选簇头节点根据收到的广播报文构建自己的邻居簇头表, 该表包括邻居节点ID、邻居节点剩余能量Er 、被选作为簇头的次数Cch 、是否是紧密节点Nclose四个数据项。
首先,备选簇头节点将广播报文中的邻居节点ID 号、邻居节点剩余能量写入邻居簇头表, 初始化Cch = 0 ,根据接收信号强度估算与邻居节点的距离,若距离小于指定距离D , 则该节点和它是紧密节点。
式中, M 为传感器网络覆盖区域的边长(假设为正方形) ; K 为簇头节点数; < 为调整因子。