技術標籤：物聯網資訊保安網路協議matlab

相關英文縮寫 ：

無線感測網路 wireless sensor network（WSN)
基站 base station (BS)
移動閘道器 mobile sink (MS)
簇群 Cluster
簇頭 Cluster Head（CH）
簇員 Cluster Member（CM）

無線感測網路：

無線感測網, 一般是由許多感測器節點(sensor node)自組織形成的網路，用來把感知到的資訊通過單跳或者多跳的方式傳送到基站（BS），由於感測器節點的電池能量是有限的，所以對資料轉發的有效性要求很高，即用最少的能量消耗換來最大的資料轉發量，因此需要有了許多路由演算法。

路由協議（演算法）按照 sink 的型別可以分為兩類：

1、靜態閘道器（static sink）: 比較早期的路由協議，如LEACH, Flooding等協議
2、動態閘道器 MS（mobile sink） : 該類演算法被證明是比第一類演算法更加有效的， 最新的路由協議基本都是第二類。

LEACH協議MATLAB程式碼 ：

% my leach code based on fuzzy logical method
clear;
%% 引數的初始化
    xm=100; 
    ym=100; % 感測區域範圍
    n=100; %節點總數
    p=0.1; %簇頭概率
    % 能量模型初始化資料
    E0=
 
1;%初始能量
    Elec=50e-9;%傳送、接收能量，每bit  
    Efs=10e-12;%耗散能量，每bit
    Emp=0.0013e-13;%融合能耗，每bit
    do = sqrt( Efs/Emp );
    cc=0.8;%融合率
    rmax=1000;%輪數設定
    MaxDis_CH_Node = sqrt( (xm-0)^2 + (ym-0)^2 ); %簇頭廣播範圍

    CM=25;%控制資訊大小
    DM=4000;%資料資訊大小
     figure(1);% 顯示圖片 

    for i=1:1:n
        S(i).xd=rand(
 
1,1)*xm;
        S(i).yd=rand(1,1)*ym;
        S(i).G=0;%每一個週期結束後，重新設定為0
        S(i).E=E0;%節點的初始能量
        S(i).type='N';%節點的型別為普通
        plot(S(i).xd,S(i).yd,'o');
       hold on;%保持所畫的影象
    end

%% 計算閘道器節點與其他節點的距離， 找出節點與閘道器的最小距離
    MinDist_Node_Sink = zeros(1,n);
    Sink(1).xd = 0; Sink(1).yd = 0;
    Sink(2).xd = 0; Sink(2).yd = ym;
    Sink(3).xd = xm; Sink(3).yd = ym;
    Sink(4).xd = xm; Sink(4).yd = 0;
    for i = 1: n
            TempDist_Node_Sink = zeros(1,4);
            for j = 1 : 4
                TempDist_Node_Sink(j) = sqrt( (Sink(j).xd - S(i).xd)^2 + ( Sink(j).yd - S(i).yd )^2  );
            end
            MinDist_Node_Sink(i) = min(TempDist_Node_Sink);
    end
 %%
    first_dead_Round = 0; %第一個死亡節點出現的輪數
    flag_first_dead=0; % 記錄第一個死亡節點
    half_dead_Round = 0;
    flag_half_dead = 0;
    Round_Alive_Num = zeros( 1,rmax+1 ); %每輪存活節點數目記錄
    RoundCluster = zeros( 1,rmax ); %記錄每輪簇頭節點數目
    Remaining_En = zeros(1,rmax);


%% 開始
for r = 1:1:rmax 
    % 如果輪數為一個週期的整數倍， 則將S(i).G 設定為0 ，即所有節點都沒有成為簇頭節點
    if( r>=2 )
        if  (  Remaining_En(r-1) == 0 )
            continue;
        end
    end
   r+1;
    if( mod(r,round(1/p))==0 )
        for i = 1:n
            S(i).G = 0;
        end
    end
    
     hold off; % 每一輪重新繪製圖片
    
     figure(1);    
    
   %% 死亡節點標記為紅色
   dead = 0;
    for i = 1:n
        if( S(i).E <= 0 )
            plot( S(i).xd, S(i).yd, 'red.' );
            S(i).E = 0; % 死亡節點剩餘能量為0 
            dead = dead +1;
            if( dead == 1 && flag_first_dead == 0 ) % 標記第一個死亡節點
                first_dead_Round = r;
                flag_first_dead = 1;
            end
            if( dead == (n/2) && flag_half_dead == 0 )
                half_dead_Round = r;
                flag_half_dead = 1;
            end
            hold on;
        else
            S(i).type = 'N';
            plot( S(i).xd, S(i).yd, 'o' );
            hold on;
        end 
        Remaining_En(r) = Remaining_En(r) + S(i).E; % 第r 輪總剩餘能量
    end
     Round_Alive_Num(r+1) = n - dead; %記錄第 r 輪 存活節點個數
    
   %% 成簇階段，尋找簇頭節點，並計算簇頭與基站的距離
   cluster = 0;% 每一輪開始前 將簇頭數目重置為 0；
   for i = 1:n
        if( S(i).E > 0 )
            if( S(i).G <= 0 )
                temp_rand = rand;
                if( temp_rand <= (p/(1-p*mod( r, round(1/p)))) )
                    S(i).type = 'C';
                    S(i).G = round(1/p) - 1;
                    cluster = cluster + 1;
                    C(cluster).xd = S(i).xd;
                    C(cluster).yd = S(i).yd;
                    plot(S(i).xd,S(i).yd, 'k*');     % 繪製當前簇頭節點              
                    C(cluster).id = i; %簇頭的 id 記錄
                    Packet_length( cluster  ) = 1;
                end
            end
        end
   end
   
   RoundCluster(r) = cluster; % 記錄當前輪 成為簇頭的節點數目
   
    Node_Cluster = zeros(1,n); % 節點i 選擇的簇頭id
    Dist = zeros( 1,cluster ); % 節點到簇頭的距離

    for i = 1:n
         if ( S(i).E > 0 && S(i).type == 'N' ) 
            Min_Dist = sqrt( ( S(i).xd-C(1).xd )^2 + ( S(i).yd-C(1).yd )^2 ); % 節點到簇頭的距離
            Min_Dist_Cluster = 1;
            for c = 2:1:cluster          
                Temp_Min_Dist = sqrt( ( S(i).xd-C(c).xd )^2 + ( S(i).yd-C(c).yd )^2 );
                if( Temp_Min_Dist < Min_Dist )
                    Min_Dist = Temp_Min_Dist;
                    Min_Dist_Cluster = c;
                end
            end
            Node_Cluster(i) = C(Min_Dist_Cluster).id;%節點i 歸屬的簇頭節點的序號 
            Packet_length( Min_Dist_Cluster ) = Packet_length( Min_Dist_Cluster ) + 1;
            
            Er = Elec * CM * cluster;  %簇員節點接收簇頭節點發送的控制資訊時的能耗
        % 簇員節點發送資料到簇頭節點時的能耗
           if ( Min_Dist < do )
            Et = Elec * ( CM + DM ) + Efs * ( CM + DM ) *  (Min_Dist)^2;
           else
            Et = Elec * ( CM + DM ) + Emp * ( CM + DM ) * ( Min_Dist)^4;
           end
            S(i).E = S(i).E - Et - Er;    
         end     
    end
   
%% 簇頭接收資料的能耗
    for c = 1:cluster
        CER = Elec *   Packet_length( c ) * ( CM + DM );
        % 簇頭髮送資料的能耗： 廣播簇頭資訊， 轉發融合資料
        % 簇頭廣播成簇資訊的能耗,全網廣播
        if( MaxDis_CH_Node < do )
            CET1 = Elec * CM + Efs * CM * MaxDis_CH_Node *MaxDis_CH_Node ;
        else
            CET1 = Elec * CM + Emp * CM * MaxDis_CH_Node *MaxDis_CH_Node *MaxDis_CH_Node *MaxDis_CH_Node;
        end
        % 簇頭將資料融合後轉發的能耗
        Dis_CH_Sink = min ( MinDist_Node_Sink( C(c).id ) );
        if( Dis_CH_Sink < do  )
            CET2 = Elec * DM * cc * Packet_length( c )  + Efs * DM * cc * Packet_length( c )  * Dis_CH_Sink * Dis_CH_Sink;
        else
            CET2 = Elec * DM * cc *Packet_length( c )  + Emp * DM * cc * Packet_length( c )  * Dis_CH_Sink *  Dis_CH_Sink * Dis_CH_Sink * Dis_CH_Sink;
        end
        % 簇頭節點的剩餘能量計算
        S( C(c).id ).E = S( C( c ).id ).E -CET1 - CET2 - CER;
    end 
end

figure(2);
plot(Round_Alive_Num);
figure(3);
plot(RoundCluster);
figure(4);
plot(Remaining_En);