Иерархия адаптивной кластеризации с низким энергопотреблением - Low-energy adaptive clustering hierarchy

Иерархия адаптивной кластеризации с низким энергопотреблением («LEACH»)[1] это TDMA -основан MAC протокол, интегрированный с кластеризацией, и простой протокол маршрутизации в беспроводные сенсорные сети (WSN). Цель LEACH - снизить потребление энергии, необходимое для создания и обслуживания кластеров, чтобы увеличить срок службы беспроводной сенсорной сети.

Протокол

LEACH - это иерархический протокол, в котором большинство узлов передают данные головкам кластера, а головки кластера собирают и сжимают данные и пересылают их на базовую станцию ​​(приемник). Каждый узел использует стохастический алгоритм в каждом раунде, чтобы определить, станет ли он головкой кластера в этом раунде. LEACH предполагает, что каждый узел имеет радиомодуль, достаточно мощный, чтобы напрямую связаться с базовой станцией или ближайшей головкой кластера, но что постоянное использование этого радиомодуля на полной мощности приведет к потере энергии.

Узлы, которые были головками кластера, не могут снова стать головками кластера для п туров, где п - желаемый процент голов кластера. После этого каждый узел имеет 1 /п вероятность снова стать главой кластера. В конце каждого раунда каждый узел, который не является головкой кластера, выбирает ближайшую головку кластера и присоединяется к этому кластеру. Затем глава кластера создает расписание для каждого узла в своем кластере для передачи своих данных.

Все узлы, которые не являются головками кластера, обмениваются данными только с головкой кластера в режиме TDMA в соответствии с расписанием, созданным головкой кластера. Они делают это, используя минимальную энергию, необходимую для достижения головной части кластера, и им нужно только держать свои радиомодули включенными в течение своего временного интервала.

LEACH также использует CDMA так что каждый кластер использует другой набор кодов CDMA, чтобы минимизировать помехи между кластерами.

Характеристики

Свойства этого алгоритма включают:

  • Кластерный
  • Случайный выбор головки кластера каждый раунд с вращением. Или выбор головки кластера на основе датчика с наибольшей энергией
  • Адаптивное членство в кластере
  • Агрегация данных в головке кластера
  • Головка кластера напрямую взаимодействует с приемником или пользователем
  • Связь с головкой кластера осуществляется через TDMA
  • Пороговое значение

Моделирование

Существует множество симуляторов сетей с открытым исходным кодом для LEACH, таких как

  1. нс (Открытый исходный код)
  2. OPNET (проприетарное программное обеспечение)
  3. NetSim (проприетарное программное обеспечение)
  4. OMNeT ++ (IDE)
  5. TinyOS (Открытый исходный код)
  6. MATLAB
  7. Contiki (Открытый исходный код)


Недостатки LEACH[2]

К недостаткам LEACH можно отнести:

  • Оставшаяся энергия между узлами не учитывается при выборе головок кластера.
  • Кластерные образования случайного и переменного размера
  • Случайное и неравномерное распределение головок кластеров
  • Одноканальная связь в ситуациях, когда потребление энергии менее эффективно от головки кластера до базовой станции

Рекомендации

  1. ^ Хайнцельман, В., Чандракасан, А. и Балакришнан, Х., «Энергосберегающие протоколы связи для беспроводных микросенсорных сетей», Труды 33-й Гавайской международной конференции по системным наукам (HICSS), январь 2000 г. Бумага
  2. ^ Варшней, Светлана; Кума, Ракеш (2018). «Варианты протокола маршрутизации LEACH в WSN: сравнительный анализ». 2018 8-я Международная конференция по облачным вычислениям, науке о данных и инженерии (Confluence). IEEE: 199–204. Дои:10.1109 / confluence.2018.8442643. ISBN  9781538617199.