[发明专利]一种基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法

权利要求书

1.一种基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：包括，

对无线传感器网络中的所有节点进行初始化；

判断节点与基站的距离，若小于自身通信距离则直接与基站进行通信，反之在考虑节点与基站的距离及其自身剩余能量的情况下进行簇头选举；

节点根据接收信号的强度选择所加入的簇，若节点到簇头的距离超出自身的通信距离，则根据距离矩阵选择最近的簇头加入；

当其簇成员个数超出平均簇成员个数，超出的节点分别选择剩余能量最大的簇头加入；

若节点与最大能量节点的距离超出自身通信距离，则选择普通中继节点中继；

若簇头到基站的距离大于自身通信距离，则选择合适的簇头节点进行中继，否则簇头直接与基站通信。

2.根据权利要求1所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：进行初始化之前，需建立无线传感器模型，包括：

节点随机分布在一片方形区域，节点在部署完毕之后不再移动，定义各个节点可以感知自身的位置信息，且每个节点拥有唯一标识；

基站的位置在传感器区域之外的固定位置，固定不动，定义基站能量无限；

所有节点初始能量相同且有限，具有一致的数据处理和数据传输能力，与汇聚节点相互通信；

簇头节点之间相互知晓彼此的位置信息以及自身与基站的距离信息。

3.根据权利要求1或2所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：建立无线传感器网络中的能量模型，包括：

式中,E_elec是发射和接收电路的单位能量消耗，ε_fs和ε_amp代表自由空间模型和多径衰减模型是传输放大电路的能量消耗；d₀是距离阈值。

4.根据权利要求3所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：距离阈值d₀的定义公式为:

5.根据权利要求4所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：一个节点接收l长度的比特数据量所消耗的能量公式为：

E_RX＝l*E_elec

6.根据权利要求5所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：簇头选举包括，

通过考虑其自身剩余能量以及和基站的距离，定义一个加权系数a、b，且a+b＝1；

改进阈值公式为：

其中p代表节点中成为簇头的几率，Node(i).power代表节点当前的能量，Node(i).avd是节点到基站的平均距离,其计算原理为每一个节点到基站的距离之和再除以节点个数；r是目前形势下的迭代轮数，rmod(1/p)代表当下已经被选中为簇头的节点数量；G代表1/p中未能被选为簇首的全部节点。

7.根据权利要求4～6任一所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：

平均簇成员的个数计算公式包括，

其中：n为无线传感器模型里节点的个数，p为节点里成为簇头的概率，n-n*p表示除了簇头之外普通节点的个数，一个n*p代表簇头的个数也代表簇的个数，N表示簇成员的个数。

8.根据权利要求7所述的基于LEACH协议的分簇优化及多跳传输方法，其特征在于：

最大剩余能量簇头的选取方式包括，

利用簇头的能量减去节点存活所需的最小能量E0，再除以该簇成员的个数，得到每一个节点所能分配的能量E(j)；

通过Max函数和index函数确定E(j)的最大值及其最大值的索引，E(j)最大值的位置即对应最大剩余能量簇头的位置。