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leach协议在群体生理参数采集中的实现

LEACH协议在群体生理参数采集中的实现

基于leach协议的簇头多跳(leach-M)算法

第九届全国信息获取与处理学术会议

作者：丁飞马小铁北京服装学院信息工程学院自动化教研室

针对适用于无线传感器网络的leach协议的特点,将其应用于群体生理参数采集,对传统的leach协议的簇头选取算法进行改进,运用工作周期和工作时间来近似描述节点能量的消耗,从而达到优化算法、降低传感器网络中节点的能耗、提高网络寿命的... 详细信息

针对适用于无线传感器网络的leach协议的特点,将其应用于群体生理参数采集,对传统的leach协议的簇头选取算法进行改进,运用工作周期和工作时间来近似描述节点能量的消耗,从而达到优化算法、降低传感器网络中节点的能耗、提高网络寿命的目的,并通过对单个节点间工作模式的分析与测试,对本次设计的能量消耗进行验证和分析。

关键词：无线传感器网络 leach协议服装工效学

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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计算机工程与设计 2007年第17期28卷 4158-4160页

作者：李岩张曦煌李彦中江南大学信息工程学院江苏无锡214122

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,适应传感器网络的特点。成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间。早先提出的leach协议是无线传感网中的低功耗自适应分层路由... 详细信息

为了延长网络的生存时间,需要设计能量有效的协议,适应传感器网络的特点。成簇算法是传感器网络中减少能量消耗的一种关键技术,它能够增强网络的扩展性和延长网络的生存时间。早先提出的leach协议是无线传感网中的低功耗自适应分层路由算法,但节点通过一跳通信将数据传送给簇头,簇头也通过一跳通信将聚合后的数据传送给基站,这样会造成簇头节点负载过重,在leach协议中引入簇头多跳算法,使得簇头之间形成一个多跳的最优路径通向基站,从而减少了簇头节点能量的消耗,延长了传感网的寿命。实验表明此方法行之有效。

关键词： leach协议簇头轮单跳 leach协议的簇头多跳算法

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无线传感器网络leach协议的研究

无线传感器网络LEACH协议的研究

作者：马基骁太原理工大学

学位级别：硕士

微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等功能。无线传感器网络(wireless sensor network,简称WSN)就是由大量部署在监测区域内的这... 详细信息

微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等功能。无线传感器网络(wireless sensor network,简称WSN)就是由大量部署在监测区域内的这类传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,从而协作的感知、采集和处理网络覆盖区域的监测信息,并发送给观察者。无线传感器网络(WSN)作为未来新兴技术之一,它的发展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响并产生巨大的推动。它相对于移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad-hoc网络等常见的无线网络而言具有很多新的特点和研究热点。无线传感器网络应用无线通信从特定区域采集、处理有用的数据,因此以能量有效的方式来采集、处理数据能保证网络的最大化,生存时间是WSN的一个研究重点。本文将能量问题与无线传感器网络的另一研究热点通信协议结合,研究能量有效的通信协议。主要探讨了低能量自适应聚类协议(leach)及可行的改进。近年来,提出了很多针对无线传感器网络的无线通信协议,其中之一就是leach协议。leach协议是一种自组织的、自适应的、能量有效的聚类网络协议。考虑无线传感器网络的网络特性,能有效地延长网络的生命周期。但是leach协议的随机簇头选择机制并不能使网络的生命周期达到最优,无法保证簇头处于恰当的位置,并且没有考虑簇头的剩余能量水平,可能导致簇头耗尽能量,减少网络整体生存时间。在本文中,对leach协议提出了两方面的改进:1.在每轮leach协议运行完毕后,对每个节点的数据进行统计,这些数据包括节点所运行的轮数、节点运行的期望轮数、节点剩余的能量、每轮传输所消耗的平均能量等。2.为了加强无线传感器网络的扩展性,需要使传感器节点在网络中分布均匀,以使簇首与Sink间距离不要太远,避免簇首快速死亡。为此,本文将网络区域化,避免节点相聚在一个固定的区域。最后,通过仿真实验表明,改进后的leach协议,有效地延长了网络的生命周期,增加了节点的存活率。

关键词：无线传感器网络 leach协议网络生命周期簇头选择机制

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无线传感器网络leach协议的探讨及改进

无线传感器网络LEACH协议的探讨及改进

作者：孙天一山东大学

学位级别：硕士

无线传感器网络（WSN）作为未来新兴技术之一,它的发展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。它相对于移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc网络等常见的无线网络具有很多新的特点,有很多的研... 详细信息

无线传感器网络（WSN）作为未来新兴技术之一,它的发展和广泛应用,将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。它相对于移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、Ad hoc网络等常见的无线网络具有很多新的特点,有很多的研究热点。无线传感器网络由能量有限的节点组成。其应用无线通信来从特定区域采集,处理有用的数据,因此以能量有效的方式来采集,处理数据来保证网络的最大化生存时间是WSN的一个研究重点,即能量问题。本文将能量问题与无线传感器网络的另一研究热点通信协议结合,研究能量有效的通信协议,主要探讨了低能量自适应聚类（leach）协议及可行的改进。近年来,提出了很多针对无线传感器网络的无线通信协议,其中之一就是leach协议,leach协议是一种自组织的、自适应的、能量有效的、聚类网络协议。考虑无线传感器网络的网络特性,有效的延长了网络的生存时间。但leach协议的随机类首选择机制并不能做到最优,无法保证类首处于恰当的位置,并未能考虑类首的剩余能量水平,可能导致类首过早耗尽能量,减少网络整体生存时间。另一方面在聚类建立过程中,由于无线信道特性,可能出现消息丢失,从而导致部分节点的数据不可得并加大能量消耗。并且leach协议仅限于于单跳通信,所以有必要扩大其应用范围,这也有利于降低能量消耗。为此,本文在下面几方面对leach协议进行了改进: 1) 在选择类首时考虑节点的位置及剩余能量水平及聚类之间的负载平衡,仿真证明这项改进能够明显的提高网络的生存时间。第一个电量耗尽节点出现时间（FND）,最后一个存活节点电量耗尽时间（LND）都有较大提高。 2) 在聚类的建立过程中,将一些新的机制加入CSMA/CD中,来避免消息的冲突及节点数据的丢失,而不是使用较复杂的MAC协议。

关键词：无线传感器网络 leach协议 WSN生存时间类首选择机制多跳通信

基于leach协议的无线传感器网络数据融合技术的研究

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基于LEACH协议的无线传感器网络数据融合技术的研究

作者：耿同同青岛科技大学

学位级别：硕士

不同于传统网络系统,无线传感器网络节点一般携带小容量电池进行供电,能量非常有限且不易补充,电池电量一旦耗尽,节点便处于死亡状态,这些因素严重限制了无线传感器网络的使用寿命。因此,如何尽可能地提高能量利用率、降低网络能耗成为... 详细信息

不同于传统网络系统,无线传感器网络节点一般携带小容量电池进行供电,能量非常有限且不易补充,电池电量一旦耗尽,节点便处于死亡状态,这些因素严重限制了无线传感器网络的使用寿命。因此,如何尽可能地提高能量利用率、降低网络能耗成为制约无线传感器网络应用和发展的关键。在无线传感器网络中,leach协议作为最早被提出的分簇路由协议在能量利用率、可扩展性等方面有了很大的提高。但是leach协议在簇首选举机制、网络能耗均衡、数据传输等方面还有待进一步改进。本文重点研究了leach协议的运行机制,并将该协议和数据融合技术相结合,进行了统一的研究,提出了相应的改进算法,本文的主要工作包括以下三个方面:(1)深入研究和剖析了leach协议的基本思想和运行机制。对leach协议的能耗进行了建模分析,定量分析了最优簇首个数,指出了该协议存在的优缺点。针对leach协议簇首选举机制上的不足,在阈值公式和节点随机数的基础上进行了改进,提出了基于能量限制的多因素簇首选举算法ER-leach-MF。ER-leach-MF算法新定义了低能量节点的概念,并通过相应机制限制低能量节点参与簇首的竞争,并且该算法在簇首选举时还综合考虑了最优簇首个数、节点剩余能量、节点密度等因素。通过对簇首选举机制的改进,使得簇首选举更加合理,网络能耗更加均衡。(2)将无线传感器网络leach协议和数据融合技术相结合,针对leach协议没有给出明确的数据融合算法或具体方案的缺点,在leach协议的数据传输阶段引入了相应的数据融合算法,提出了基于leach协议的多级数据融合算法MDF-leach。该算法方案结合leach协议的分簇结构,在该协议的不同层次上采用不同的数据融合算法,在数据传输的过程中对网络中的数据进行融合处理,有效地降低了网络中的数据转发量,节省了网络能耗。(3)借助NS-2仿真平台完成仿真实验。在NS-2仿真平台上分别对ER-leach-MF和MDF-leach算法在存活节点的数量、网络总能耗以及基站接收的数据量三个方面与传统leach算法进行比较分析,从而验证ER-leach-MF算法和MDF-leach算法的有效性。仿真结果表明:与传统leach协议相比,ER-leach-MF算法和MDF-leach算法降低了网络的能量消耗,大大推迟了节点的死亡时间,延长了网络的生命周期。

关键词：无线传感器网络路由协议 leach协议数据融合

基于leach协议和LightGBM算法的WSNs入侵检测方法

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基于LEACH协议和LightGBM算法的WSNs入侵检测方法

作者：孟迪辽宁科技大学

学位级别：硕士

在信息科技发展的今天,无线传感器网络(Wireless Sensor Network)得到深入的研究和广泛的使用。无线传感器网络在使用过程中需要解决许多安全问题。由于无线传感器网络的入侵检测系统与传统网络有着很大的差异,需要充分考虑其传感器节... 详细信息

在信息科技发展的今天,无线传感器网络(Wireless Sensor Network)得到深入的研究和广泛的使用。无线传感器网络在使用过程中需要解决许多安全问题。由于无线传感器网络的入侵检测系统与传统网络有着很大的差异,需要充分考虑其传感器节点的特点,采用合适的方案使得整个网络的能耗更低,网络生命周期更长。本论文的主要工作包括:(1)借助WSN-DS数据集对入侵行为进行分析。首先,对所使用的实验数据进行归类分析,平衡数据类型分布,并利用SHAP特征重要度计算法和递归特征消除法相结合的RFE-SHAP特征选择方法对数据进行降维处理,有效地减少了分类器模型的构建时间。在对模型中的参数进行优化时,研究并分析了LightGBM算法的各个参数以及Optuna参数优化算法,对LightGBM算法的重要参数进行调优。最终将改进的参数优化算法与多分类模型相结合,建立参数优化的无线传感器网络入侵检测多分类模型。(2)为了满足无线传感器入侵检测的能量需求,提出了一种基于leach算法的改进路由协议。引入SOM算法优化了无线网络传感器中的分簇方式;除此之外,对传感器网络中节点数据传输的策略进行了优化。为验证方案的有效性,使用Matlab软件模拟传感器节点信息交流方式,并将文中所提改进方案在簇群分布情况、剩余节点存活个数以及网络总体剩余资源与传统无线传感器网络路由协议进行比较,优化后传感器节点存活时间和网络总体运行时间延长了34%。本文提出的路由协议改进方案充分减少了无线传感器网络消耗能量的速度,提高了数据吞吐量,在一定程度上延长了网络的寿命。(3)利用WSN-DS数据集进行实验来验证本文所提出的无线传感器网络入侵检测方案的可靠性。实验结果表明,本文所提出方法在不同的指标上都有较好的表现。本文所提出的算法在建模时间上比传统LightGBM算法缩短了46%。同GBDT以及支持向量机、随机森林、XGBoost、CNN相比,本文的方法整体检测准确率分别比GBDT、SVM、随机森林、XGBoost、CNN高出了1.28%、10.66%、0.97%、0.57%和0.28%,针对不同类别数据的检测率和建模时间也远远优于上述分类方法,从而验证了本文提出的无线传感器网络在入侵检测上的有效性。

关键词：入侵检测无线传感器网络 LightGBM算法 leach协议

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一种leach协议的多级分簇改进算法

计算机工程 2013年第6期39卷 99-102页

作者：罗冰黄玉清西南科技大学信息学院四川绵阳621010

leach协议的簇头节点分布不均,导致网络负载不均衡。为此,提出一种leach协议的多级分簇改进算法。将网络划分为若干小单元,采用多级分簇相结合的方法,在簇头节点选举过程中引入节点剩余能量作为参考度量,以减少簇头节点与sink节点之间... 详细信息

leach协议的簇头节点分布不均,导致网络负载不均衡。为此,提出一种leach协议的多级分簇改进算法。将网络划分为若干小单元,采用多级分簇相结合的方法,在簇头节点选举过程中引入节点剩余能量作为参考度量,以减少簇头节点与sink节点之间的通信能耗。仿真结果表明,当网络规模增加到200节点时,该算法在第420轮出现第一个死亡点,优于leach协议,能延长网络生存周期,降低网络能量消耗。

关键词：无线传感器网络 leach协议分簇算法能量消耗多级分簇通信能耗

基于农田环境的无线传感器网络leach协议的改进研究

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基于农田环境的无线传感器网络LEACH协议的改进研究

作者：马奉先南京农业大学

学位级别：硕士

随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和无线通信等技术的进步,无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）得以迅猛发展,无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信四大技术,是一种全新的信息获... 详细信息

随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和无线通信等技术的进步,无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN）得以迅猛发展,无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信四大技术,是一种全新的信息获取、处理和传输技术。WSN可应用于军事、农田监测、医疗救护、商业等领域,具有十分广阔的应用前景。目前,各国研究者致力于无线传感器网络的路由协议、MAC层协议、QoS、网络拓扑控制、网络安全等各方面的研究,并取得了一定的研究成果。路由技术是无线传感器网络的关键技术,也是影响网络整体性能的重要的因素之一。传统的固定网络路由协议与无线传感器网络动态变化的拓扑结构不相适应,因此近年来提出了不少专门针对无线传感器网络的路由协议,如leach, PEGASIS, TE EN等。其中leach协议是较早提出的针对无线传感器网络的一个协议。它是一种自组织的、自适应的、能量高效的、分簇的网络协议。但是,leach协议随机选择簇头的方案没有做到最优,因为它在选择过程中既没有考虑到节点的地理位置,也没有考虑到节点剩余能量水平等因素。本课题针对农田面积广阔,农田环境信息量丰富等特点,提出了一种基于传统leach协议的改进型无线传感器网络协议leach-SMC （Low Energy Adaptive Clust ering Hierarchy Single-hop and Multi-hop Coexistence）。相对于传统leach协议新协议主要在以下二方面进行了改进： 1. leach协议规定,各簇头节点（Cluster Head）只能采用一跳的方式与基站（Ba se Station）进行通信,这对于簇头节点到基站距离较远的情况,通信时的能量消耗是十分巨大的。leach-SMC协议针对这一问题,提出簇头节点到基站间通信采用临界距离（引入参数值β）来判断和选择多跳方式或单跳方式。多跳方式可以显著降低各簇头节点的能量消耗,单跳方式可以有效降低网络的丢包率和提高网络的数据传输效率。 2.在多跳方式中采用基于最小能量消耗的路由方式。遍历多跳节点-单跳节点-基站的各种可能路径,选择能量消耗最小的一条通径作为数据包传输的路径。应用MATLAB软件对leach-SMC协议和传统leach协议进行仿真对比分析。结果表明,本课题提出的leach-SMC协议能显著提高网络有效覆盖面积和延长整个网络的寿命。

关键词：无线传感器网络农田 leach协议 leach-SMC协议

基于leach协议的无线光传感器网络分簇算法研究

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基于LEACH协议的无线光传感器网络分簇算法研究

作者：杨宇西安电子科技大学

学位级别：硕士

自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)是一种具有通信带宽高、频谱资源丰富、安全性高且组网灵活等特点的通信技术,而在无线通信领域无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)已经较为成熟。随着科技的进步,近些年来,无线光传感... 详细信息

自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)是一种具有通信带宽高、频谱资源丰富、安全性高且组网灵活等特点的通信技术,而在无线通信领域无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)已经较为成熟。随着科技的进步,近些年来,无线光传感器网络(Free Space Optical Sensor Network,FSOSN)也逐渐发展起来,成为FSO研究领域的热点。FSOSN发展中面临的一个主要问题就是无线光传感器节点的能耗问题,为了更好地延长网络生存时间,提高节点的能量利用率很重要。分簇算法则是节能技术的重要研究点。在分簇算法中,应该尽量避免成员节点向基站直传数据,而是通过簇头融合后再集中传输。作为一种典型的分簇算法协议,低功耗自适应集簇分层型(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,leach)协议能够有效地降低传感器网络中数据传输的能量消耗,但同时该协议也存在一些缺陷,例如:簇头节点选取的机制是随机的;在选举簇头节点时,并未考虑节点的分布位置、剩余能量和节点密度等因素带来的影响。这些缺陷可能导致网络中簇分布不均、某些节点过快死亡等情况的出现。同时leach协议适用的是节点静止的传感器网络,对于节点移动的传感器网络其性能并不是很理想。本文依据全向智能光学天线和无线光传感器节点的能量消耗模型,同时借鉴传统WSN相关技术,针对经典leach协议的缺陷,分别对节点静止和节点移动的FSOSN分簇算法进行了深入研究。在节点静止的FSOSN中,依据经典leach协议,簇内的数据经簇头融合后直接发送到基站,随着传输距离的增加,所需消耗的能量也会增加,那些距离基站较远的簇头节点会更早地死亡,从而导致网络拓扑的不稳定。在节点移动的FSOSN中,由于节点的移动,网络的拓扑变化比较频繁,簇头选举更应该考虑节点的移动性。结合leach协议,本文针对节点静止和移动的FSOSN,分别提出了相应的分簇算法——基于leach协议改进的节点静止的分簇算法(Node Stationary Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,leach-NS)和基于leach协议改进的节点移动的分簇算法(Node Mobility Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy,leachNM)。leach-NS中首先依据节点的分布位置和能量消耗模型,得到使得网络局部能量消耗最低的簇半径公式,随后对簇头选举阈值公式进行改进,重点考虑了剩余能量、区域密度和距离基站的距离等节点的参数,并改进了最优簇头比率公式随后对数据稳定传输阶段作了详细描述。而在leach-NM中,首先用节点随机移动模型来模拟网络节点的移动,簇半径公式则是参照leach-NS中的,剩余能量、区域密度和距离基站的距离依旧是簇头选举阈值公式的关键因素,并重点考虑节点的移动速度,同时辅以移动因子进行簇头选举,并在成簇阶段引入通信代价因子,帮助成员节点选择合适的簇,随后对数据稳定传输阶段作了详细描述。最后,通过MATLAB仿真软件,分别对leach-NS和leach-NM进行仿真分析,并同leach协议作对比。仿真结果表明,leach-NS和leach-NM均降低了网络能量消耗、延长了网络生存时间且提高了网络数据传输量。

关键词：自由空间光通信无线传感器网络 leach协议节点移动分簇算法