【LEACH路由】基于Matlab模拟低能量自适应聚类层次协议

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🔥 内容介绍

LATE是一种分层协议,其中大多数节点将传输到集群头,集群头将聚合并压缩数据并将其转发到基站(接收器)。每个节点在每个回合中使用随机算法来确定它是否会成为这个回合中的集群头。莱奇假设每个节点都有一个足够强大的无线电,可以直接到达基站或最近的集群头,但是使用这个无线电将会浪费能量。

曾经是集群负责人的通知不能再次成为p回合的集群负责人,因为p是集群负责人的理想比例。此后,每个节点在每个回合中都有成为集群头的1/P概率。在每个回合结束时,不是集群头的每个节点选择最近的集群头并加入该集群。然后集群头为集群中的每个节点创建一个时间表来传输数据。

根据集群头创建的时间表,并非集群头的所有节点只以TDMA方式与集群头通信。这样做的时候,他们使用了到达集群头所需的最小能量,并且只需要在他们的时间段内保持收音机的打开。

在无线传感器网络中，能量效率是一个至关重要的考虑因素。为了延长网络的寿命和提高性能，研究人员一直在寻找能够节省能量的有效方法。低能量自适应聚类层次协议（LEACH）是一种被广泛应用的协议，它通过将传感器节点分为不同的簇来降低能量消耗。

LEACH协议的主要思想是将传感器节点分为簇头和普通节点。簇头节点负责接收和处理来自普通节点的数据，并将聚集后的数据传输到基站。普通节点则通过选择一个簇头节点来发送数据，从而减少能量消耗。为了保持网络的稳定性，LEACH协议采用了自适应的方式来选择簇头节点，并在每个轮次结束后重新选择。

LEACH协议的自适应性是通过使用概率模型来实现的。每个节点在每个轮次开始时都会计算自己成为簇头节点的概率，并根据概率选择是否成为簇头节点。这种概率模型可以确保簇头节点在整个网络中均匀分布，从而平衡能量消耗。

此外，LEACH协议还引入了时间分割技术来进一步降低能量消耗。每个轮次被划分为若干个时间片，每个时间片内只有一个簇头节点处于活动状态，其他节点则处于休眠状态。这种时间分割技术可以减少节点之间的冲突，提高网络的吞吐量。

LEACH协议的优势在于它能够有效地延长网络的寿命，并减少能量消耗。通过自适应选择簇头节点和时间分割技术，LEACH协议可以提高网络的稳定性和性能。此外，LEACH协议还具有较低的计算和通信开销，适用于大规模的无线传感器网络。

然而，LEACH协议也存在一些挑战和限制。由于节点的选择是基于概率模型，因此无法保证所有节点都能够平均消耗能量。此外，LEACH协议对网络的拓扑结构和节点分布要求较高，不适用于所有场景。

总的来说，低能量自适应聚类层次协议是一种能够有效降低能量消耗的协议。它通过自适应选择簇头节点和时间分割技术，提高了网络的能量效率和性能。然而，我们仍然需要进一步研究和改进，以满足不同场景下的需求，并推动无线传感器网络的发展。

📣 部分代码

function kOpt = clusterOptimum(netArch, nodeArch, dBS)% calculate the optimum values for number of nodes%%   Input:%       netArch     network model%       nodeArch    nodes model%       dBS         length from base station%   Example:%       dBS = sqrt(netArch.Sink.x ^ 2 + netArch.Sink.y ^ 2);%       numClusters     = clusterOptimum(netArch, nodeArch, dBS);%%% Mohammad Hossein Homaei, Homaei@wsnlab.org & Homaei@wsnlab.ir% Ver 1. 10/2014​    N    = nodeArch.numNode; % number of nodes    M    = sqrt(netArch.Yard.Length * netArch.Yard.Width);    kOpt = sqrt(N) / sqrt(2*pi) * ...           sqrt(netArch.Energy.freeSpace / netArch.Energy.multiPath) * ...           M / dBS ^ 2;    kOpt = round(kOpt);end

⛳️ 运行结果

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🔗 参考文献

[1]  Peng Y , Huazhong Z , Yanyan S ,et al.Multi-frame communication mechanism based on LEACH for wireless sensor networks无线传感器网络中基于低能量自适应聚类层次协议的多帧通信机制[J].计算机应用, 2006, 26(3):540-542.

[2] 姚鹏,张华忠,尚艳艳.无线传感器网络中基于低能量自适应聚类层次协议的多帧通信机制[J].计算机应用, 2006, 26(3):4.DOI:CNKI:SUN:JSJY.0.2006-03-008.

[3] 邓星月.基于LEACH协议的野外观测仪器组网路由技术研究[J].[2023-10-10].

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