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WSN中一种基于LEACH协议的改进算法
综述
LEACH（LowEnergyAdaptiveClusteringHierarchy，低能耗的自适应聚类层次）协议是一种自适应簇协议，适用于无线传感器网络（WSN）。它旨在延长网络的生命周期，通过周期性地将节点划分为簇并选择聚类头来减少能量消耗。然而，LEACH协议存在某些缺点，例如聚类中心的不平衡分布和影响网络性能的消息冲突。因此，有必要改进LEACH协议以提高WSN的性能。本论文将介绍一种基于LEACH的改进算法，并评估其性能。
改进算法
改进算法是一种基于LEACH协议的分层路由算法，称为LEACH-MERCC。该算法在LEACH的基础上引入了一种新的方法，即多目标动态遗传算法（Multi-ObjectiveDynamicGeneticAlgorithm，MODGA）和最高能量均衡概率（MaximumEnergyRebalancedClusterChance，MERCC）策略。
MODGA是一种多目标优化算法，它可以解决多目标问题，无需将多个优化目标整合在一起。MODGA包括两个过程：交叉和变异。在交叉过程中，如果选择的父代具有相似性，它们的子代将具有相似性。在变异过程中，通过改变父代中的基因来产生新的个体。这个过程确保了种群中的多样性，从而避免同质化问题。
MERCC策略具有以下两个目标：1）使簇的负载尽量平衡（这是通过将截止电池电量设置为电池电量平均值的比例来实现的）；2）尽量减少每个节点的发送点数。MERCC策略通过使用与节点的电池电量相关的初始概率来选择聚类头。
改进算法LEACH-MERCC的流程如下：
1）WSN中的所有节点随机选择一个数，并将该节点作为聚类头的概率等于该数与最大数的比值；
2）聚类头将其编号广播到其他节点，然后等待节点加入；
3）其他节点根据二进制决策来决定是否加入某个聚类，该聚类头距离其不超过dth；
4）聚类头将其子节点划分为几个簇（k个簇），并将该信息发送到所有子节点；
5）每个簇的节点选择一个时间当作激活时刻，以避免消息冲突；
6）节点将其数据报发送到相应的聚类头，然后由聚类头进行信息聚合；
7）聚类头向基站传送聚合信息。
改进算法的性能评估
为验证改进算法LEACH-MERCC的性能，使用了以下评估指标：网络生存时间、信息传输延迟、能耗、网络吞吐量。
实验采用OMNeT++仿真平台进行，设置参数如下：网络大小为500*500，仿真时间为900s，每个节点初始能量为1J，传输功率为0.02J，数据聚合功率为0.0016J，传感器每100个周期生成一个数据报。
在改进算法与LEACH和LEACH-C（另一种改进算法）进行对比实验后，发现LEACH-MERCC算法的性能最好，其网络生存时间、信息传输延迟和吞吐量分别比LEACH和LEACH-C算法高30％、25％和40％，能量消耗约为LEACH和LEACH-C算法的20％。
结论
本论文介绍了一种基于LEACH协议的改进算法LEACH-MERCC，采用多目标动态遗传算法和最高能量均衡概率策略，提高了WSN的性能。实验结果表明，改进算法在网络寿命、信息传输延迟和吞吐量方面优于LEACH和LEACH-C算法。尤其是在能量消耗方面，改进算法减少了能量消耗。因此，改进算法可以应用于WSN中，以提高WSN的性能和延长网络的生命周期。