【Leach协议】基于matlab leach+leach-c+TSI-Leach三种协议对比【含Matlab源码 2512期】

⛄一、简介

1 引言
WSN 由能感知外部环境的传感器节点以自组网的形式构成，是一种分布式无线传感器网络。随着科技的进步和现代生活的需求，由于 WSN 的远程控制、信息即时传播以及低功耗等众多优点，WSN 在军事医疗、生活娱乐和工业生产等各个社会领域发挥着越来越大的作用。但是 WSN 优点众多的同时也有其弊端。正是因为传感器节点的无线性，使能量不能源源不断地直接供给传感器节点，只能用有限的电池供应节点的全部能耗，这使能量成为 WSN 亟待解决的问题。为了解决能量均衡高效这个问题，Heinzelman 等提出了最早的分簇路由协议。此协议运用数据融合技术和能量高效利用的路由算法，是经典的分簇路由协议代表。此后，很多研究学者对此基础上进行了诸多改进,都从不同方面进行了优化。Mittal 等提出了用替补簇首（ Sub-CH ）代替死亡簇首的方法。Gnanambigai等介绍了LEACH的后继协议。其中，LEACH-C 协议利用每个节点发送位置信息和剩余能量生成能耗更低、性能更优越的分簇；LEACH-F使用固定的簇和循环选举出的簇首，避免了反复成
簇带来的能量消耗；MUTIHOP-LEACH 协议考虑间距因素，在簇中节点与汇聚节(sink)、簇与基站之间使用多跳方法的传输方案；LEACH-L 允许间隔基站较远的簇首使用多跳方式与基站进行通信。

2 LEACH 协议概述
2.1 LEACH 协议的简介
LEACH 协议是一种经典分簇路由协议，它的特点是低功率消耗、聚类自适应和节点平等。由于网络内各个节点被选概率一样，因此将整个网络的能量消耗均衡地分配到每个节点，从而达到网络的能量消耗负载均衡，延长网络生命时间。LEACH协议主要由T n( ) 构成。首先，每轮次每个节点都随机产生的一个数   0 1     ；然后，将  与T n( ) 进行比较，如果   T n( ) ，则此节点成为簇首；反之，则落选。在 WSN 中一次新路由的建立加上数据的传输算一轮。由T n( ) 算法可以看出，被选为簇首是由这 2 方面因素进行权衡得出的：整个网络场景中所需要的簇首节点总数和节点当选过簇首的次数。阈值T n( ) 为

其中， p 表示在此网络规模中需要的簇首节点比例，r 是进行的轮次，G 表示在此轮循环之前没有被选为簇首的节点。

2.2 网络模型
为了研究改进的路由算法对网络的影响，对网络模型作了如下假设。

实验区域的形状为规则图形，传感器节点在监测区域中随机不均匀分散。
所有传感器节点的能量相同、处理能力和通信能力相等，被选概率一样。
传感器节点可以知悉自身剩余能量并可以对冗余数据进行融合。
传感器节点随机被分散后不会移动，网络部署后不再进行人为干涉。
无线发射功率可以自我调控，可自主选择发射功率。

2.3 能耗模型
本文实验中，m bit 数据的传输过程与每一步的能量消耗如图 1 所示[13]。

当 m bit 的数据进行传输时，节点的能量消耗主要由这 2 个部分构成：发送 m bit 数据的能量耗损以及功率放大电路的能量耗损；同时，针对不同的发射距离 d，选择不同的发送功率为

⛄二、部分源代码

clear
clc
close all
IniEng=0.5;%0.5; % Initial Energy of Every Node
NetSize=200; % Network Size
NoOfNode=200; % Number of Node
NoOfRound=1500; % Number of Round
cluster_head_percentage=0.1;

[STATISTICS1,FD1,TD1,AD1]=leach(IniEng,NetSize,NoOfNode,NoOfRound,cluster_head_percentage);%% Leach
[STATISTICS2,FD2,TD2,AD2]=Leach_Centralized(IniEng,NetSize,NoOfNode,NoOfRound,cluster_head_percentage); %% Centralized Leach
[STATISTICS3,FD3,TD3,AD3]=TSILEACH(IniEng,NetSize,NoOfNode,NoOfRound,cluster_head_percentage); %% Improved Leach IICT, BUET

r=0:NoOfRound;

plot(r,STATISTICS1.DEAD,‘k:’,r,STATISTICS2.DEAD,‘m-’,r,STATISTICS3.DEAD,‘r-.’,‘LineWidth’,2);
legend(‘LEACH’,‘LEACH-C’,‘TS-I-LEACH’,’ 位置’,‘东南’);
xlabel(‘x(time)’);
ylabel(‘死节点数目’);
title(‘随时间变化的死节点数’);

figure
plot(r,STATISTICS1.ALLIVE,‘k:’,r,STATISTICS2.ALLIVE,‘m-’,r,STATISTICS3.ALLIVE,‘r-.’,‘LineWidth’,2);
legend(‘LEACH’,‘LEACH-C’,‘TS-I-LEACH’);
xlabel(‘x(time)’);
ylabel(‘活节点数目’);
title(‘随时间变化的活节点数目’);

figure;
plot(r,STATISTICS1.PACKETS_TO_BS,‘k:’,r,STATISTICS2.PACKETS_TO_BS,‘m-’,r,STATISTICS3.PACKETS_TO_BS,‘r-.’,‘LineWidth’,2);
legend(‘LEACH’,‘LEACH-C’,‘TS-I-LEACH’,‘位置’,‘东南’);
xlabel(‘x(time)’);
ylabel(‘数据包数目’);
title(‘发送到接收节点的数据包数’);

figure;
plot(r,STATISTICS1.TotalEnergy,‘k:’,r,STATISTICS2.TotalEnergy,‘m-’,r,STATISTICS3.TotalEnergy,‘r-.’,‘LineWidth’,2);
xlabel(‘x(time)’);
ylabel(‘网络总能量 (Joule)’);
title(‘系统的总剩余能量 (J)’);

figure;
bargraph=[FD1,FD2,FD3;TD1,TD2,TD3;AD1,AD2,AD3];
bar(bargraph,‘group’);
legend(‘LEACH’,‘LEACH-C’,‘TS-I-LEACH’,‘位置’,‘西北’);
title(‘第一个节点死亡，第十个节点死亡，所有节点死亡的时间’);
xlabel(‘第一个节点死亡第十个节点死亡所有节点死亡的时间’);
ylabel(‘子弹数’);

⛄三、运行结果

⛄四、matlab版本及参考文献

1 matlab版本
2014a

2 参考文献
[1]黄利晓,王晖,袁利永,曾令国.基于能量均衡高效WSN的LEACH协议改进算法[J].通信学报第38卷第Z2期

3 备注
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