一种LEACH协议的改进算法LEACH_EH

当前，无线传感器由于技术的发展得到更加广泛的应用，针对无线传感器网络（WSN）[1]的研究也越来越多，无线传感器网络路由协议[2]成为了一个重点研究对象。按照时间先出现了Flooding算法、SPIN算法、SAR算法和定向扩散（Directed Diffusion）等平面路由算法，其后又研究出了LEACH算法、TEEN算法、HEED算法[3]及PEGASIS算法等层次路由算法。LEACH算法由于其不同于以往路由算法的指导思想成为以后层次路由算法设计时的参考标准，针对LEACH算法的自身局限性进行改进也成为了一个研究热点。参考文献[4]提出了一种休眠簇头的算法，它一次性选出所需要的工作簇头和休眠簇头，并且只分一次簇，减少了LEACH协议中多次选举簇头和分簇带来的能量耗损。 LEACH协议是无线传感器网络（WSN）中一种低能耗自适应聚类层次路由协议，由MIT的研究者提出。它的核心理念是通过轮次（rounds）组织网络操作，每一轮包括簇形成阶段和簇内稳定工作阶段。在簇形成阶段，节点通过随机数与阈值比较选举出簇头，簇头广播信息，非簇头节点根据信号强度选择加入的簇。簇头再为簇内节点分配TDMA时隙，形成稳定的通信结构。在稳定工作阶段，簇内节点向簇头传输数据，簇头对数据进行处理和融合，然后转发给Sink节点。 然而，LEACH算法存在一些局限性。簇头的选举机制可能导致能量不平衡，因为节点按固定概率成为簇头，导致某些节点可能在早期轮次就耗尽能源。簇头需要处理大量数据，能量消耗大，而其他节点则相对较轻。此外，LEACH协议中的簇形成和簇头选举过程可能会增加不必要的能量消耗。 针对LEACH的不足，许多改进算法应运而生。例如，文献[4]提出的休眠簇头算法一次性选举出工作和休眠的簇头，减少选举过程的能量损耗。LEACH-C算法引入节点剩余能量和位置信息，由Sink节点进行分簇，优化了能量消耗。文献[6]结合不同拓扑类型形成混合拓扑，改进簇头选择，并引入双轮成簇，提高效率。LEACH_SD协议基于网络覆盖创建路由，而文献[8]利用节点剩余能量和位置信息改进选簇过程，确保最佳簇头选择。文献[9]则根据节点剩余能量筛选采样节点，减少不正常节点的影响，延长网络寿命。 本文提出的LEACH_EH算法对LEACH的簇头选举和分簇顺序进行了调整，先进行均匀分簇，然后选举簇头，试图进一步平衡能量消耗。这种方法有望在一定程度上解决LEACH原协议中簇头选举导致的能量不平衡问题，从而延长网络生命周期。 LEACH协议及其改进算法在WSN路由协议领域占有重要地位，它们致力于解决WSN中能量效率和网络寿命的问题。通过不断的研究和改进，这些算法为无线传感器网络的高效、节能运行提供了理论和技术支持。