MATLAB实现无线传感器网络LEACH协议仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，完整模拟了无线传感器网络中LEACH分簇协议的工作流程。支持动态簇头选举与能量消耗分析，提供可视化的网络拓扑与能量变化图，适用于协议性能研究与教学演示。

详 情 说 明

基于MATLAB的无线传感器网络LEACH协议分簇仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB实现的无线传感器网络（WSN）LEACH协议分簇仿真系统。LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的无线传感器网络分层路由协议，通过动态簇头选举和轮次机制来均衡网络能量消耗，延长网络生命周期。

系统通过蒙特卡洛方法模拟LEACH协议的运行过程，包括动态簇头选举、簇形成、数据通信等关键环节，并提供全面的可视化分析和性能评估功能。

功能特性

• 协议机制仿真：完整模拟LEACH分簇协议的轮次运行机制
• 动态簇头选举：基于阈值的随机选举算法，实现自适应的簇头选择
• 能量消耗建模：精确的无线通信能量消耗模型（传输、接收、融合能耗）
• 实时可视化：

- 网络拓扑动态展示（普通节点、簇头节点、基站） - 能量消耗变化曲线 - 簇头分布热力图分析

• 性能分析：

- 网络生命周期统计（首节点死亡时间、全网死亡时间） - 能量均衡性评估（标准差分析） - 数据传递效率分析（成功传输率）

• 参数自定义：支持节点数量、网络规模、初始能量等关键参数灵活配置

使用方法

基本运行步骤

1. 启动MATLAB并设置当前工作目录为项目根目录
2. 打开主运行文件，根据需求调整仿真参数：

- 节点数量（默认100个） - 网络区域大小（默认100m×100m） - 初始能量设置（默认0.5J） - 簇头选举概率（默认0.05） - 基站位置坐标

1. 运行主程序，系统将自动执行多轮LEACH协议仿真
2. 查看实时生成的可视化结果和分析报告

参数配置说明

在运行前可根据研究需求修改以下关键参数：

% 网络基本参数 nodeNum = 100; % 传感器节点数量 areaSize = [100, 100]; % 网络覆盖区域大小 baseStation = [50, 50]; % 基站位置坐标

% 能量参数 initialEnergy = 0.5; % 节点初始能量(J) transmitEnergy = 50e-9; % 传输能耗系数 receiveEnergy = 50e-9; % 接收能耗系数

% 协议参数 clusterHeadProb = 0.05; % 簇头选举概率 packetSize = 4000; % 数据包大小(bit)

系统要求

• MATLAB版本：R2016a或更高版本
• 必需工具箱：

- 基础MATLAB组件 - 绘图和可视化工具 - 统计分析工具（用于性能指标计算）

• 硬件建议：

- 内存：至少4GB RAM（推荐8GB以上） - 处理器：Intel Core i3或同等性能以上

文件说明

主程序文件整合了系统的核心仿真流程，包括网络初始化设置、LEACH协议多轮次执行控制、动态簇头选举算法的实现、能量消耗的计算与更新、实时可视化图形的生成以及综合性能分析结果的输出。该文件作为整个仿真系统的调度中心，协调各功能模块有序工作，确保协议仿真的准确性和完整性。