基于能量均衡的无线传感网分簇拓扑算法研究(10)
3.5 LEACH协议的仿真
在计算机的模拟环境中，对LEACH协议的仿真，主要工作包括选取仿真环境（仿真软件），设置仿真参数，进行仿真和分析仿真结果。通过对LEACH协议的仿真工作可以进一步理解LEACH的路由控制流程和能量消耗模式。
仿真环境：网络仿真模拟器NS-2
仿真参数【12】如表1所示
表1 LEACH在NS-2下仿真参数
参数 取值
网络范围 (0,0)到(100,100)
节点数 100
簇头百分比 5%
汇聚节点(sink)位置 (50,175)
轮时 20 s
消息长度 50 bit
带宽 1 Mbps
节点初始能量 2 J
发射电路损耗 50 nJ/bit
多路径衰落功率放大损耗 0.0013 pJ/(bit/m4¬)
自由空间功率放大损耗 10 pJ/(bit/m2)
传输距离阈值 87.7 m
仿真结果：
1、初始的节点分布状况如图9所示
2、分别在60s、100s、140s、180s，即第3、5、7、9轮时，网络中簇头节点的分布状况如图10所示
3、剩余节点数量变化如图11所示
4、传感器网络能量消耗情况如图12所示
图9 初始节点分布示意图
图10 分别在60s、100s、140s、180s时
网络中簇头节点的分布状况
图11 剩余节点数量曲线
图12 网络能量消耗曲线
仿真结果分析：
1、从图9可以看出，初始的100个节点均匀地分布于直角坐标系从(0,0)到(100,100)的正方形区域内，符合仿真假设要求。
2、从图10可以直观地看到在LEACH模拟过程中的的第3、5、7、9轮时，网络中簇头节点的数量及其分布情况。在第3轮有6个簇头出现，在第5、7、9轮有5个簇头出现，基本符合簇头比例5%的仿真假设要求。但从位置分布情况分析，反映出LEACH算法簇头不均匀的弊端。簇头节点的分布在整个仿真区域，肉眼即可判断出并不是均匀分布。
3、图11反映了网络中节点数目随着仿真时间的变化情况，可以得到，从420s左右开始有节点死亡（能量耗尽），到580s左右节点全部死亡，即整个网络寿命为580s。
4、根据图12可以看出，整个网络总能量为200J，能量消耗走势是曲线波动上升，直到仿真时间为580s左右时，总能量全部耗尽。此结果符合仿真前能量消耗的预期，符合实际应用情况。
通过以上对LEACH协议的理论研究和仿真操作，验证了LEACH在网络节点成簇以及带护具通信方面的重要作用，它够保证各节点等概率地担任簇头，相对低使得网络中的节点均衡地消耗能量。相比一般平面路由一跳通信的协议，LEACH协议能帮助无线传感器网络降低网络能源消耗、延长生存时间。但是不可否认的是，LEACH在某些方面，比如簇内通信距离不设限等方面，可能会使得网络成簇不均匀。
正是基于对LEACH在网络簇建立阶段的不完美，萌生出了对LEACH协议提出修改的想法。下一部分内容，是在对LEACH协议不足之处的研究和思考的基础上，为了更合理地成簇，更均匀地分布网络能量和更好地提高网络性能，提出对LEACH的修改方法和具体实施办法。理论研究之后，进行仿真验证，最终与LEACH仿真结果相比较，对改进结果进行验证。
4 LEACH协议的改进
在上一部分的内容中，对目前比较经典的无线传感器网络LEACH协议进行了研究和在NS-2环境下的仿真。对LEACH协议控制流程进行了学习，理解了其对网络节点分簇的流程控制，熟悉了其计算机仿真环境。但正如引言中所提到的，LECAH同时也存在自身的不完美。接下去的工作首先分析了LEACH协议的不足之处，然后在理论上对其中的几方面不足进行改进，最后再在同样的仿真环境中进行仿真并与LEACH的仿真结果进行对比分析。
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