引言 当计算机的运算速度突飞猛进，使数据处理(2)
2013-08-17 01:11
导读：3.2 NS-2 仿真验证 针对上述 LEACH 协议中存在的问题，结合传感器节点的不一定撒布在平坦地带，节点之间可能存在空间距离，所以本文提出了将节点与三维
3.2 NS-2 仿真验证
针对上述 LEACH 协议中存在的问题，结合传感器节点的不一定撒布在平坦地带，节点之间可能存在空间距离，所以本文提出了将节点与三维坐标系结合起来，这样既方便节点的定位，适合WSN 中因节点移动，拓扑结构随时发生变化的特征，又能在簇的形成、簇首选择中显得更加快捷、方便，而且对于解决节点安全问题、剩余能量的均衡以及延长整个网络的生存周期具有一定的效果。尤其是在WSN 的网络规模扩展上具有一定的实际意义。下面将具体方案阐述如下：
假设 WSN 的具体情况如下：
①大量的节点被随机分布在不平整的区域内；
②建立一个以所处位置海拔最低的节点为原点以正北为x 轴正向、以正东为y 轴正向、以竖直向上为z 轴正向的三维坐标系；
③在整个网络内，均匀分布具有GPS 定位功能的信标节点，作为整个网络的通信中枢，网络中每个节点都能够通过GPS 系统确认自己的位置坐标；
④数据发送时基于查询的；
⑤对于节点间的通信阻碍忽略不计；
⑥网络中无线链路都是双向的，也就是说假如节点1 在节点2 的传输范围内，节点2也在节点1 的传输范围内；
⑦WSN 网络中每个节点具有相同的结构所示：
仿真环境：仿真工具采用NS-2 平台，版本2．28，操作系统为windows XP+Cygwin，LEACH 源码来自M IT 的网站，仿真程序是在LEACH 的基础上进行了编写修改和补充完善的， 并对 LEACH 协议的几个小BUG 进行了修正。
硬件主要配置：CPU 为奔腾2．8 GHz、内存1GB。仿真环境中，100 个节点随机分布在70 m×70m×10m 的三维区域内，基站坐标取(50，175，0)。每轮簇头选举时间间隔为10s。
中列出了仿真中使用的参数值。
大学排名 网络性能的优劣主要是靠每轮存活的节点的数目来反映。存活的节点数目越大，网络覆盖的区域就越广，每轮参与选取的节点就越多，从而延长了网络的生存周期。下面，针对簇首个数的多少分别进行仿真，根据节点数目、分布区域情况，计算出最优簇首数目为5 个，传统LEACH 协议初始化网络时，使用的簇首数目为6 个，比较这两种情况下的存活节点数目。
选择6 个簇首节点的WSN 网络在第390 s 的时候就已经开始有节点死亡，到400s 的时候全部节点都已经死亡。选择5 个簇首的WSN 网络在420s 才开始出现节点死亡，在500s 附近所有节点全部消亡，由此可以看出，5 个簇首的WSN 网络的生存周期要比6 个簇首的WSN 生存周期长许多。主要是因为选择6 个簇首的网络每轮平均能耗大，导致有些节点提前消亡。从5-3 可以看出，选择6 个簇首的WSN 网络在出现死亡节点后，节点死亡的速度比选择5 个簇首的网络要快的多，在350 s 时，网络中就有11 个节点死亡，在370s 时就有24 个节点死亡了，380 s 时激增到44 个，400s 时全部节点消亡。而选择5 个簇头节点时，死亡节点的速度比较慢。由此可见，优化后的网络簇首选择方法更能提高网络性能，延长网络生命周期。
b、节点消耗的总能量比较对于 WSN 来说，节点能量是非常有限的，网络生命周期的重要指标就是节点的能耗。
单个节点的能耗越少，网络的生命周期也就会越长。比较簇首数为5 和6 两种情况下节点消耗的总能量。
从可以看出，WSN 网络选择在有5 个簇首节点是，大概在第510 s 才消耗所有能量。而选择6 个簇首的，则在400 秒左右能量就完所有能量消耗完。选择6 簇首的WSN 网络能量消耗一直在选择5 个簇首节点的网络曲线上面，这说明从第一个节点一直到所有节点都消亡，选择6 个簇首的网络所消耗的平均能量要比簇首为5 的网络大。具体的讲，在380s后表现的更为明显，此时6 簇首的网络能量消耗出现跳变，所消耗的能量突然变大，主要是因为在380s 时有44 个节点死亡，390s 时死亡了79 个节点，400s 时全部节点都死亡了。在390s 时，每个节点所拥有的能量就只能维持一次通信。通过仿真验证，改进后的LEACH 协议有效保证了节点公平承担能量消耗的负担，保证了网络能量的均衡。
