TEEN分簇路由协议仿真与性能评估系统

资 源 简 介

本系统是一个基于MATLAB开发的TEEN（Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol）分簇路由协议实现方案。该算法专门针对反应型无线传感器网络设计，其主要功能是通过双阈值机制（硬阈值和软阈值）来控制数据传输频率，从而实现能量的高效管理。

详 情 说 明

基于MATLAB的TEEN分簇路由算法仿真与性能评估系统

项目介绍

本系统是一个专门用于无线传感器网络（WSN）的仿真平台，聚焦于TEEN（Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network protocol）协议的实现与性能评估。TEEN是一种响应型协议，设计用于对时间敏感的突发性应用场景。该系统通过对物理环境的建模，模拟了传感器节点在能量受限情况下的运行过程，并量化分析了协议在延长网络寿命和优化数据传输方面的表现。

功能特性

1. 反应型数据传输机制：系统集成了TEEN协议的核心双阈值监测逻辑，只有当环境参数满足预设条件时才触发数据发送，显著降低了不必要的能量消耗。

1. 动态分簇模型：实现了基于概率的周期性分簇首长（CH）选举机制，确保网络负载在各节点间相对均衡。

1. 混合衰减能量模型：根据节点间的距离自动切换自由空间模型（Free Space Model）与多径衰减模型（Multi-path Fading Model），精确模拟真实的电磁波发射损耗。

1. 实时性能监控：仿真过程中实时统计存活节点数、网络剩余总能量和基站接收到的有效数据包总量。

1. 多维度结果可视化：提供直观的图形化界面，展示网络演变趋势和节点最终的死亡分布状态。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB R2016b 及以上版本。
2. 硬件要求：建议内存 4GB 以上，以支持多轮次高频率计算。
3. 必备工具箱：无需特殊第三方工具箱，基于MATLAB标准函数库构建。

使用方法

1. 打开MATLAB软件，将当前工作目录切换至本系统所在文件夹。
2. 找到主控制脚本并直接运行。
3. 仿真过程将自动开始，命令行窗口会实时显示轮次进度。
4. 仿真结束后，系统将自动弹出名为“TEEN协议性能统计”的分析图表。
5. 在命令行窗口查看最终的统计结果，包括累计收包量、平均效率及首个节点死亡时间。

实现逻辑说明

该系统的核心逻辑遵循典型的WSN周期性运行模式，具体步骤如下：

1. 环境配置与初始化：

在100x100米的方形区域内随机分布100个节点。基站坐标固定在区域轴线外侧（50, 150）。初始化各节点的能量储备（0.5J）、发送接收电路损耗参数以及分簇概率（10%）。

1. 分簇选举算法：

在每一轮循环开始时，系统根据LEACH改进算法计算各节点的选取阈值。若节点在当前周期（1/p轮）内未担任过簇首，则有概率晋升为分簇首长。簇首节点负责承担向基站传输数据的长距离高能耗工作，并执行数据聚合处理。

1. 节点生存状态管理：

每一轮都会检查所有节点的剩余能量。一旦节点能量归零，其状态将被标记为“死亡”，退出后续的选簇和传感活动。

1. TEEN 双阈值判断逻辑（核心算法）：

这是系统最关键的实现细节。当普通节点感测到环境数据（模拟为0-255的随机值）后，需通过两层过滤：

• 硬阈值（Hard Threshold, HT）：感测值必须达到100以上，代表发生了感兴趣的事件。
• 软阈值（Soft Threshold, ST）：当前值与该节点上次发送的值之差必须大于等于2。

只有同时满足这两个条件，节点才会激活无线发送模块将数据传送给最近的簇首。

1. 能量损耗计算：

系统精细计算了数据聚合能耗、电路损耗（ETX/ERX）和放大器能耗。发送数据的能耗计算公式依赖于传播距离。若距离超过特定距离阈值（do），则采用四次方衰减模型。

1. 数据统计与终止条件：

系统持续累计发往基站的数据包。仿真将运行至预设的最大轮次（1000轮）或所有节点全部死亡为止。

算法与关键细节分析

1. 距离阈值的科学性：系统根据自由空间模型系数与多径衰减系数之比的平方根计算得出临界距离do。这一逻辑保证了能量模型切换的物理准确性。

1. 数据聚合机制：簇首在接收来自普通节点的数据时，会计算EDA（数据聚合损耗），这模拟了节点消除数据冗余、融合信息的处理过程。

1. 响应效率评估：系统不仅记录总量，还计算“平均每轮接收数据包量”，通过该指标反映TEEN协议在抑制静默数据、提升关键事件上报效率方面的优势。

1. 空间分布规律：通过最终的节点状态分布图，可以清晰观察到能量耗尽节点与基站距离、簇头频率之间的关系，为网络部署优化提供依据。