【WSN】基于WSN无线传感器网络的Leach协议和heed协议matlab性能对比仿真

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Simuworld/article/details/146774239

1.算法仿真效果

Matlab2024b测试如下：

2.MATLAB源码

13.............................................................
% 创建一个新的图形窗口，绘制 HEED 和 LEACH 协议下的总能量消耗对比图
figure
% 绘制 HEED 协议下的总能量消耗曲线
plot(T(1:2:end),EHdis(1:2:end),'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

% 保持当前图形，以便在同一图中绘制其他曲线
hold on
% 绘制 LEACH 协议下的总能量消耗曲线
plot(T_L(1:2:end),EHdis_L(1:2:end),'-r>',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

% 设置 x 轴标签为时间（秒）
xlabel('Time (s)'); 
% 设置 y 轴标签为能量（焦耳）
ylabel('Energy (j)')
% 设置图形标题为总能量消耗
title('总能耗')
% 添加图例，区分 HEED 和 LEACH 协议
legend('HEED','LEACH')
grid on
% 创建一个新的图形窗口，绘制 HEED 和 LEACH 协议下的存活节点数量对比图
figure
% 绘制 HEED 协议下的存活节点数量曲线
plot(T(1:2:end),AliveH(1:2:end),'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

% 保持当前图形，以便在同一图中绘制其他曲线
hold on
% 绘制 LEACH 协议下的存活节点数量曲线
plot(T_L(1:2:end),AliveH_L(1:2:end),'-r>',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

% 设置 x 轴标签为时间（秒）
xlabel('Time (s)'); 
% 设置 y 轴标签为存活传感器节点数量
ylabel('No of live Sensors nodes')
% 设置图形标题为传感器节点的生命周期
title('传感器节点寿命')
% 添加图例，区分 HEED 和 LEACH 协议
legend('HEED','LEACH')
grid on
% 创建一个新的图形窗口，绘制 HEED 和 LEACH 协议下的吞吐量对比图
figure
% 绘制 HEED 协议下的吞吐量曲线
plot(T(1:2:end),BitsH(1:2:end),'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

% 保持当前图形，以便在同一图中绘制其他曲线
hold on
% 绘制 LEACH 协议下的吞吐量曲线
plot(T_L(1:2:end),BitsH_L(1:2:end),'-r>',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

% 设置 x 轴标签为时间（秒）
xlabel('Time (s)'); 
% 设置 y 轴标签为吞吐量（数据包数量）
ylabel('Throughput (no of packets)')
% 设置图形标题为吞吐量（N 个传感器节点）
title('吞吐量')
% 添加图例，区分 HEED 和 LEACH 协议
legend('HEED','LEACH')
grid on


 % 创建一个新的图形窗口，绘制 HEED 和 LEACH 协议下的存活节点数量对比图
figure
% 绘制 HEED 协议下的存活节点数量曲线
plot(T(1:2:end),N-AliveH(1:2:end),'-bs',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.0,0.0]);

% 保持当前图形，以便在同一图中绘制其他曲线
hold on
% 绘制 LEACH 协议下的存活节点数量曲线
plot(T_L(1:2:end),N-AliveH_L(1:2:end),'-r>',...
    'LineWidth',1,...
    'MarkerSize',6,...
    'MarkerEdgeColor','k',...
    'MarkerFaceColor',[0.9,0.9,0.0]);

% 设置 x 轴标签为时间（秒）
xlabel('Time (s)'); 
% 设置 y 轴标签为存活传感器节点数量
ylabel('No of death Sensors nodes')
% 设置图形标题为传感器节点的生命周期
title('传感器节点寿命')
% 添加图例，区分 HEED 和 LEACH 协议
legend('HEED','LEACH')
grid on

3.算法概述

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）由大量微型传感器节点组成，具有自组织、分布式和多跳通信等特点。由于节点能量有限，如何高效管理能量成为WSN设计的核心问题。聚类路由协议通过将节点划分为簇（Cluster），由簇头（Cluster Head, CH）负责数据聚合与转发，能够显著降低网络能耗。LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）和HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed Clustering）是两种典型的分层路由协议，本文将从数学建模、算法原理和性能分析等方面展开深入探讨。