基于LEACH协议改进的能量高效负载均衡方法

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无线传感网络是由众多孤立的传感器节点通过自组织形成的多跳分布式网络系统,其节点部署方便,网络配置灵活,可以和传统的互联网通过有线或无线方式进行连接形成异构网络来解决复杂问题。由于无线传感器节点很难进行能量的持续供应,能量的限制已成为无线传感网络大规模推广与应用的“瓶颈”。本文在保证网络稳定性的前提下,以传感器节点的负载均衡为出发点,以延长网络生存时间为目的,研究能量负载均衡方法。本文首先针对经典分簇算法LEACH在簇首选举方面的不均匀性,提出一种多属性的簇首选举算法(Multi Attribute Cluster Head Election Algorithm,MACHE),该算法首先根据节点的分布规律、网络与能耗模型,推算出周期内簇首的最优个数。每个周期初始选举时,根据节点接收信号的强度、节点的剩余能量、节点的相关度对LEACH算法的簇首选举阀值方法进行改进。周期内的选举通过“前”簇首节点的“委托”来完成。避免能量较低的节点成为簇首、极大极小簇及节点边缘现象的产生。仿真结果表明,该方法可以保证簇首之间的均匀分布及成簇的均匀分布,避免簇首选举的盲目性和不确定性,能够较好地做到节点间能量的负载均衡。本文然后针对簇内节点和簇首间数据传递路径的多样性,提出一种负载均衡的多跳多路径的路由算法(Load Balancing Multi Hop Multipath Routing Algorithm,LPMHP)。该算法首先在簇内形成网络拓扑,根据预先设定的最大跳数,初步选举出数据的转发路径,通过节点的转发概率来最终确定数据的传输路径。仿真结果表明,LPMHP算法在一定程度上提高了节点间能量的负载均衡程度,延长了网络的生命周期。
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