Leach协议的实现

本片博客的目的是实现leach协议，体现其中的随机选取簇头，50轮次后的能量变化。
1、leach协议的要求；

随机生成一圆形无线传感器网络，其中汇聚节点Sink位于圆心位置，半径为R，节点个数为N，节点发射和感知半径为r。
要求：
（1）网络中节点位置参数保存，可多次使用；
（2）根据参数，绘出网络拓扑结构图；
（3）根据实验1中的网络拓扑及其参数，实现LEACH分簇协议。
要求：在一轮数据收集中标绘出网络拓扑中的簇头节点；标绘出每个簇头的簇成员。

主函数

clear;
global N;%100个节点
N=50;
global R %大圆的半径
R=50;
global r;%小圆的
r=15;
global NUM;%在圆内的点
NUM=1;
global x;%记录所有的节点信息，第1，2维度是位置，%第三维表明该轮是不是簇头，第4维表示跟随他的节点有多少，第5维表示他的当前能量
x=zeros(N,5);
x(1:5,4)=0;
x(1:N,5)=5;%让所有能量出初始化为5
global y;
circle=3;  %进行50轮的随机循环
global TT;%令随机数的阈值为0.8，这样只有20%的节点是簇头
TT=0.8;
global min;  %表示距离当前节点最近的簇头
min=9999;
number=0;  %表示距离当前节点最近的簇头的编号
global p;
p=0.2;%---画出范围------%
alpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]
%R=2;%半径
x_range=R*cos(alpha);
y_range=R*sin(alpha);
plot(x_range,y_range,'-')
hold on
%---画出sink------%
alpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]R1=1.5;                %半径 x_sink=R1*cos(alpha); y_sink=R1*sin(alpha); plot(x_sink,y_sink,'-') text(0,3,'sink')fill(x_sink,y_sink,'r');axis equalhold on%-----这个循环决定随机的N个点-----%for i=1:Nx(NUM,1)=(rand(1)-0.5)*100;x(NUM,2)=(rand(1)-0.5)*100;if (x(NUM,1)^2+x(NUM,2)^2)>2500continue;endalpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]R2=0.5;                %半径 x2=x(NUM,1)+R2*cos(alpha); y2=x(NUM,2)+R2*sin(alpha); plot(x2,y2,'k-') fill(x2,y2,'k');x3=x(NUM,1)+r*cos(alpha); y3=x(NUM,2)+r*sin(alpha); plot(x3,y3,'color',[0.8 0.8 0.8],'LineWidth',0.1) %画出每个节点的范围NUM=NUM+1;axis equalendfor i=1:NUMfor j=i+1:NUMif dis(x(i,1),x(i,2),x(j,1),x(j,2))<r  %使用自己写的dis函数求距离line([x(i,1),x(j,1)],[x(i,2),x(j,2)]);endend
endfor i=1:NUMy(i).en=5;%初始能量y(i).num=0;%附属节点
endpause(2);
%--------- 实验二------%%------然后一下为实现选取簇头节点------%
hold on
for k=1:circleif(k~=1)figure('Name',"第"+k+"轮");init();endTT=p/(1-p*mod(k,1/p));t=zeros(NUM,1);for i=1:NUMt(i,1)=rand(1);if(t(i,1)<TT)    %该节点是簇头x(i,3)=1;alpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]R2=1;                %半径 x4=x(i,1)+R2*cos(alpha); y4=x(i,2)+R2*sin(alpha); hold onplot(x4,y4,'y-') fill(x4,y4,'y');endendfor i=1:NUMmin=9999;if (x(i,3)==0)%如果这个不是簇头for j=1:NUM  %遍历最近的节点if(x(j,3)==1)distance=dis(x(i,1),x(i,2),x(j,1),x(j,2));if(distance<min)min=distance;number=j;endend   endy(number).num=y(number).num+1;pause(0.1);line([x(i,1),x(number,1)],[x(i,2),x(number,2)],'Color','red','LineWidth',0.5);endendpause(1);%---复原---%
end

init()函数

function []=init()
clear;
global N;%100个节点
global R %大圆的半径
global r;%小圆的
global NUM;%在圆内的
global x;%记录所有的节点信息
global min;  %表示距离当前节点最近的簇头
global p;%---画出范围------%
alpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]
%R=2;%半径
x_range=R*cos(alpha);
y_range=R*sin(alpha);
plot(x_range,y_range,'-')
hold on%---画出sink------%alpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]R1=1.5;                %半径 x_sink=R1*cos(alpha); y_sink=R1*sin(alpha); plot(x_sink,y_sink,'-') text(0,3,'sink')fill(x_sink,y_sink,'r');axis equalhold on%-----这个循环决定随机的N个点-----%for i=1:NUMalpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]R2=0.5;                %半径 x2=x(i,1)+R2*cos(alpha); y2=x(i,2)+R2*sin(alpha); plot(x2,y2,'k-') fill(x2,y2,'k');x3=x(i,1)+r*cos(alpha); y3=x(i,2)+r*sin(alpha); plot(x3,y3,'color',[0.8 0.8 0.8],'LineWidth',0.1) %画出每个节点的范围axis equalendfor i=1:NUMfor j=i+1:NUMif dis(x(i,1),x(i,2),x(j,1),x(j,2))<r  %使用自己写的dis函数求距离line([x(i,1),x(j,1)],[x(i,2),x(j,2)]);endend
endpause(2);end

dis()函数

function d=dis(x1,y1,x2,y2)d=sqrt((x2-x1)^2+(y2-y1)^2);
end

**2. Leach中的能力情况 **
根据实验2中的分簇，统计LEACH协议允许的结果，假设数据包的大小为L,能量消耗模型为：

要求：在一轮数据收集中，每个节点都产生一个数据包，并汇聚到Sink节点
（1）统计每个节点发送和接收的数据包个数，并直观显示出来；
（2）统计每个节点能量消耗，并给出三维能量消耗图

clear;
global N;%100个节点
N=50;
global R %大圆的半径
R=50;
global r;%小圆的
r=15;
global NUM;%在圆内的点
NUM=1;
global x;%记录所有的节点信息，第1，2维度是位置，第三维表明该轮是不是簇头，第4维表示跟随他的节点有多少，第5维表示他的当前能量
x=zeros(N,5);
x(1:5,4)=0;
x(1:N,5)=5;%让所有能量出初始化为5
global y;
circle=50;  %进行50轮的随机循环
global TT;%令随机数的阈值为0.8，这样只有20%的节点是簇头
TT=0.8;
global min;  %表示距离当前节点最近的簇头
min=9999;
number=0;  %表示距离当前节点最近的簇头的编号
global p;
p=0.2;
d0=5;%通信耗能范围%-----这个循环决定随机的N个点-----%for i=1:Nx(NUM,1)=(rand(1)-0.5)*100;x(NUM,2)=(rand(1)-0.5)*100;if (x(NUM,1)^2+x(NUM,2)^2)>2500continue;endalpha=0:pi/50:2*pi;%角度zhuan[0,2*pi]R2=0.5;                %半径 x2=x(NUM,1)+R2*cos(alpha); y2=x(NUM,2)+R2*sin(alpha); x3=x(NUM,1)+r*cos(alpha); y3=x(NUM,2)+r*sin(alpha); NUM=NUM+1;endfor i=1:NUMy(i).en=zeros(circle,2);%初始能量y(i).num=0;%附属节点y(i).e=5;for j=1:circley(i).en(j,1)=j;y(i).en(1,2)=5;end
end                %y表示能量，其en变量决定了第几轮的能量send_number=zeros(NUM,1);
receive_number=zeros(NUM,1);
%--------- 实验二------%%------然后一下为实现选取簇头节点------%
for k=1:circleTT=p/(1-p*mod(k,1/p));t=zeros(NUM,1);for i=1:NUMt(i,1)=rand(1);if(t(i,1)<TT)    %该节点是簇头x(i,3)=1;endendfor i=1:NUMmin=9999;if (x(i,3)==0)%如果这个不是簇头for j=1:NUM  %遍历最近的节点if(x(j,3)==1)distance=dis(x(i,1),x(i,2),x(j,1),x(j,2));if(distance<min)min=distance;number=j;endend   endy(number).num=y(number).num+1;%---不同距离的能量消耗%if(distance<d0)y(i).e= y(i).e-(distance/1000)^2;%能量减y(i).en(k,2)= y(i).e;y(number).e= y(number).e-(distance/1000)^2;y(number).en(k,2)= y(number).e;send_number(i,1)=send_number(i,1)+1;send_number(number,1)=send_number(number,1)+1;receive_number(number,1)=receive_number(number,1)+1;endif(distance>=d0)y(i).e= y(i).e-(distance/1000);y(i).en(k,2)= y(i).e;y(number).e= y(number).e-(distance/1000);y(number).en(k,2)= y(number).e;send_number(i,1)=send_number(i,1)+1;send_number(number,1)=send_number(number,1)+1;receive_number(number,1)=receive_number(number,1)+1;endendif (x(i,3)==1)%如果这个是簇头distance=dis(x(i,1),x(i,2),0,0);%---不同距离的能量消耗%if(distance<d0)y(i).e= y(i).e-(distance/1000)^2;y(i).en(k,2)= y(i).e;send_number(i,1)=send_number(i,1)+1;endif(distance>=d0)y(i).e= y(i).e-(distance/1000);y(i).en(k,2)= y(i).e;send_number(i,1)=send_number(i,1)+1;endendend%--------------下面开始讨论能量的影响---------%
%     for i=1:NUM
%         if (x(i,3)==1)%如果这个是簇头
%             y(i).en(circle,2)= y(i).en(circle-1,2)-0.1*y(number).num;
%         end
%     end
%     y(number).num=0;
%     %---复原---%
endfor i=1:NUMin(i,1)=i;
end
for i=1:circleout(i,1)=i;
end
for i=1:NUMout1(i,1)=i;sss(i)=y(i).en(circle,2)
endplot(in,send_number,'ko-')
axis([0 NUM+2 0 80])
xlabel('节点的序号')
ylabel('节点发送的数据包数量')figure("NAME","接受的图")
plot(in,receive_number,'ko-')
axis([0 NUM+2 0 30])
xlabel('节点的序号')
ylabel('节点接受的数据包数量')figure("NAME","能量变化图")
plot(out1,sss,'ko-')
axis([0 NUM+2 0 5])
xlabel('节点的序号')
ylabel('节点接受的数据包数量')figure("NAME","能量随轮数变化图")
plot(out,y(1).en(1:circle,2),'ko-',out,y(2).en(1:circle,2),'ro-',out,y(3).en(1:circle,2),'ko-',out,y(1).en(1:circle,2),'bo-')
axis([0 NUM+2 0 5])
xlabel('轮次')
ylabel('节点接受的数据包数量')

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主函数

init()函数

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