MATLAB实现LEACH协议的无线传感器网络模拟系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，模拟LEACH协议在无线传感器网络中的动态分簇过程。通过簇头选举、能耗计算和数据汇聚仿真，直观展示网络拓扑变化与能量消耗规律，适用于WSN协议教学与研究。

详 情 说 明

基于MATLAB的LEACH协议无线传感网络分簇模拟系统

项目介绍

本项目实现了经典的LEACH（低功耗自适应集簇分层）协议仿真，用于模拟无线传感器网络中的动态分簇过程。系统通过MATLAB构建能量感知的分布式簇头选举机制，可视化展示网络拓扑演化、能量消耗动态以及网络生存周期等关键性能指标。

功能特性

• 动态簇头选举：基于概率轮转和剩余能量的自适应簇头选择算法
• 能量消耗建模：精确计算传输、接收、聚合作业时的能量损耗
• 多轮次仿真：支持连续多轮网络运行状态模拟
• 拓扑可视化：实时显示每轮簇头分布与分簇结构
• 生存分析：统计节点存活状态，生成网络生命周期曲线

使用方法

基本操作流程

1. 准备输入数据：

- 节点坐标矩阵（N×2维） - 初始能量向量（可选，默认均匀初始化） - 设置仿真总轮次 - 定义网络覆盖区域边界

1. 运行主仿真程序：

```matlab % 示例参数设置 nodeCoords = rand(100,2)*100; % 100个节点在100x100区域 totalRounds = 5000; % 仿真5000轮

1. 查看输出结果：

- 命令行显示每轮簇头选举摘要 - 图形窗口动态展示拓扑变化 - 自动生成能量消耗矩阵和生存曲线

输出数据解析

• 簇头结构体：每轮包含簇头ID、成员节点列表、簇内通信距离
• 能量矩阵：记录所有节点在各轮次的剩余能量
• 生存曲线：反映网络规模随时间衰减规律

系统要求

• MATLAB版本：R2018a或更高版本
• 必需工具箱：无特殊工具箱依赖，仅需基础MATLAB环境
• 硬件建议：4GB以上内存，支持OpenGL的显卡（用于流畅可视化）

文件说明

主程序文件集成了完整的仿真流程控制功能，包括参数初始化、节点部署、簇头竞选循环执行、能耗计算监控以及多维度结果可视化。具体实现网络运行轮次迭代机制，每轮执行基于阈值的分布式选举算法，构建簇头与普通节点的通信拓扑，并依据传输距离与数据量更新节点能量状态。同时动态生成聚类关系图与能耗统计图表，支持仿真过程的实时观察与结果导出。