基于能量均衡的无线传感网分簇拓扑算法研究(11)
4.1 LEACH不足之处
通过理论的分析，LEACH协议在某些方面存在着不足之处【13】，主要包括簇头节点分布不均匀、簇头节点个数不最优、阈值不优以及通信方式问题。
1、簇头节点分布不均匀
LEACH协议是让网络中的节点自组织地成簇，簇头节点是随机产生的。这种随机产生的方式存在一个缺陷，即不能保证簇头节点的均匀分布，那么就不能保证簇的规模的合理性。可能导致的情况是：节点密集的地方簇头节点反而多，而节点稀疏的地方簇头节点少或者没有簇头节点，这可能会造成网络的不完全连通。另外，节点密集处如果产生多个簇头节点，则将会产生冗余，造成能量的不合理消耗，从而影响到整个传感器网络的寿命。
2、簇头节点个数不最优。
根据文献【14】的分析，每轮选举出来的最优簇头个数k为
约为总节点数的 5%，但实际上每轮选举出来的簇头个数并不一定是最优值 k,而是一个变化的函数。分布式自组织的簇头选择算法使得每轮选举出的簇头个数在数学期望值周围上下波动变化，当波动变化大时将造成系统性能骤将，网络生存期大幅减少，节点很快消耗完能量死去。
3、阈值不优。
对于每一轮的簇头选举中发挥重要作用的阈值T(n)，其合理程度或优化程度直接影响了簇头选举对于网络生存的效果。在LEACH协议中，T(n)的选取没有考虑节点成为簇头的概率与它的剩余能量之间的关系。这会导致每个节点在即使剩余能量很小时也会被选为簇头，能量会很快耗尽，进而导致它所管理的簇在一段时间内处于瘫痪状态。另外，阈值T(n)规定：若节点在最近的1/p轮中已经当选过簇头，则在当前轮当选簇头的概率为零，即不可能成为簇头，这也是不合理的。
4、通信方式问题。
在 LEACH协议中，各个簇头节点直接与基站（汇聚节点sink）通信，采取一跳通信方式。但是在实际应用的情况下，基站往往离整个网络非常远，簇头节点频繁的远距离数据传输会大大消耗节点的能量。
4.2 LEACH协议的具体改进
针对以上列出的LEACH协议存在的问题，由于目前已有大量文献考虑了数据传输阶段中的簇头直接传输数据给基站的一跳通信方式问题，而对其进行了改进，比如改用多次成簇的多跳通信来代替。本研究论文只针对以上列出的LEACH协议前三个不足进行了改进.
4.2.1 改进的主要思想
(1) 在簇头选举阶段引入簇头间最优距离D，当簇头节点之间的距离小于最簇半径 时，则选择能量较大的节点为簇头。当某非簇头节点周围距离R的范围内没有簇头节点时，增加簇头节点个数。
(2) 在已知区域参数和节点参数情况下，通过控制最优距离D，可以保证簇头节点的个数尽可能地靠近最优簇头节点个数k，同时使簇头节点位置分布更加均匀。
(3) 在簇头选举阶段考虑节点的剩余能量对其当选簇头概率【15】的影响，这可以避免节点在剩余能量很小时也会被选为簇头节点，有益于延长网络寿命。
改进后的算法和LEACH算法一样，执行过程由多个轮构成的，每一轮由簇的建立阶段和稳定的数据通信阶段组成。
4.2.2 改进算法的具体执行过程
引入参数：
1、 将LEACH中的阈值T(n)修改为：
其中，p是预设的簇头节点个数在所有节点中所占的百分比，根据最佳簇头个数的期望，取p=5%；r是选举轮数，r mod(1/P)代表这一轮循环中当选过簇头的节点个数；En-now为节点n的当前剩余能量；Eothers为剩余节点平均能量，可由每个传感器节点对簇头广播分析和对无线信道的侦听，基于某种分布式算法估计得到，因研究时间关系，这里不再详述。
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