一种基于能耗的leach轮换时间动态优化方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，属于无线传感器网络【技术领域】。该方法包括如下步骤：首先计算LEACH协议中节点每轮能量消耗，然后根据每轮的能量消耗计算每轮持续时间，最后基于每轮能量消耗均衡原则动态调整各簇每轮的持续时间。LEACH协议中应用本发明提出的基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，可以有效优化选簇周期、平衡节点间能量消耗、延长网络生存周期。
【专利说明】一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于能耗的Leach轮换时间的动态优化方法，属于无线传感器网 络【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 延长网络的生命周期是一个无线传感网络中重要的问题。很多学者也提出了很多 高效节能的协议来延长无线传感网络的生命周期。目前，通过网络分簇来实现能量的均衡 以此实现延长网络生命周期是研究的热点方向。LEACH算法是由Heinzelman等人提出的最 流行的基于分簇的高效节能的通信协议，协议通过对节点进行分簇并将能量均衡负载到各 个簇中来降低网络中总能量的消耗。为了确保能量的均衡消耗，LEACH周期性的在所有节 点中随机选择节点来充当簇头。LEACH协议是以"轮"来实现的。每一轮包括：建立阶段和 稳定运行阶段。建立阶段要完成簇头节点的选择、簇头节点的广播、非簇头节点的加入的簇 形成过程以及簇头节点为簇内成员分配TDMA时隙的TDMA调度过程；在稳定运行阶段，簇头 接受来自其成员的消息并将聚合后的数据发送到基站。然而，LEACH的许多参数可以影响 协议的性能，这些参数都有待优化，如，阀值，簇的数目等等。因此，许多学者都致力于优化 LEACH的参数来提高LEACH的性能。尽管很多人对LEACH做了不同的优化，但是LEACH每 一轮持续的时间却很少有人研究。每一轮持续时间的长短对于网络的整个性能是很关键 的。如果时间太长，那么簇头就长时间的处于活跃状态，簇头节点的能量就会很快的消耗完 毕；如果时间太短，簇头的选择过于频繁导致过多的能量浪费在簇建立阶段，因为这一阶段 是不会发送数据的。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服已有技术存在的缺陷，提出了一种基于能耗的Leach轮 换时间动态优化方法。
[0004] 本发明的思想是根据簇内节点数量和能量消耗的不同，动态的调整每轮的持续时 间，以此来优化LEACH的选簇周期、平衡节点间的能量消耗、延长网络的生存周期。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一、计算LEACH协议中节点每轮能量消耗，包括以下内容：
[0008] 第1. 1步：根据下式计算每轮中簇头结点的能量消耗：
[0009]
【权利要求】
1. 一种基于能耗的LEACH轮换时间动态优化方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、计算LEACH协议中节点每轮能量消耗，包括以下内容： 第1. 1步：根据下式计算每轮中簇头结点的能量消耗：
其中?表示簇头节点的每巾贞的能量消耗，表示簇头节点每轮的能量消 耗，叫表示簇i包含的节点数量，1表示每个信息包中所含的比特数，Eele。表示传播一比特 数据所消耗能量，E DA表示聚合一比特数据所需能量，di t()BS代表簇头节点i到基站的距离， ε _表示当d >屯时射频放大器传输lbit单位平方米的平方所耗的能量，屯为预先假定 的阀值距离，Nfranres/Mund表示每轮传输数据帧的数量； 第1. 2步：根据下式计算每轮中非簇头结点的能量消耗：
| (3) 其中表示簇内成员节点的每巾贞的能量消耗，dk_t()ai代表簇内成员节点k到簇 头结点的距离，ε fs表示当d <屯时发射放大器传输lbit单位平方米所耗的能量，EkutB/ 表示簇内成员节点每轮的能量消耗； 步骤二、计算LEACH协议每轮持续时间，包括以下内容： 第2. 1步：根据下式计算每轮中簇i消耗的总能量：
其中，Ei total表示簇i每轮的能量消耗； 第2. 2步：根据下式计算每轮中簇i传输的数据量：
第2. 3步：根据下式计算每一轮的持续时间：
其中rb为比特率； 步骤三、动态调整各簇每轮的持续时间，包括以下内容： 第3. 1步：进一步计算簇i在一轮中的能量消耗： 由式（7)的簇i每轮的能量消耗为：
第3. 2步：动态调整各簇的每轮持续时间，包括一下内容： 在当前轮各簇中找出簇内节点数最多、剩余能量最大的作为最大簇，记为簇j，簇j的 每轮持续时间t,_ 按照式（10)调整，其它簇的时间按照式（11)调整：
将设定为每个节点的选簇周期，非最大簇在其规定的每轮持续时间ti Mmd内进 行数据传输，在规定的时间内传输完毕后，休眠 tu_d-ti Mmd时间以节省节点能量，然后与 最大簇节点一起进入下一轮过程。
【文档编号】H04W52/02GK104093196SQ201410320567
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】礼欣, 李遵光, 张鸿雁, 樊秀梅 申请人:北京理工大学