WSN的一种基于能量估算的集中式分簇路由协议

3 仿真及结果分析
本文使用Matlab对LEACH—EE协议进行仿真，并和LEACH、LEACH—C协议进行比较。仿真场景设置如下：100 m×100 m的区域内随机部署50个传感器节点，基站位于坐标(50，50)处，节点的初始能量为1 J，数据包大小为2000 bit，Eelec=50 nJ／bit，εfx=10 pJ／(bit·m2)，εamp=0．0013 pJ／(bit·m4)，d0=87．7 m，β=1000，数据融合的能耗EDA=5 nJ／bit。本文从簇首的分布位置、网络总能量消耗、网络的节点存活数三方面对比了LEACH、LEACH—C和LEACH—EE协议，并给出了LEACH—EE协议中不同时刻能量估算的误差图。
(1)簇首分布位置
图1显示了3种分簇路由协议不同时刻的簇首分布位置。LEACH在100 s时簇首数目为5，在200 s时簇首数目为3，由于节点随机当选簇首造成其个数和分布不太理想；LEACH—C和EACH—C在100 s时簇首数目为4，到200 s时簇首数目仍然为4，避免了分簇数过大或过小造成的能量消耗，而且从图1中可以看出，LEACH—EE的簇首分布位置与LEACH—C很接近，在网络中一直都很均匀，说明LEACH—EE成簇效果与LEACH—C相当。

(2)能量估算误差
图2显示了LEACH—EE协议不同时刻能量校正时，计算出的所有节点的能量估算值和节点汇报的能量值之间的总误差。从图2中可以看出，总的来说，估算的能量误差并不算大。

(3)网络总能量消耗
网络节点总能耗情况如图3所示，图中的横坐标是仿真时间，纵坐标是50个节点的总的能量消耗。可以清楚地看到，大部分时间段里，总的能量消耗：LEACH—EELEACH—CLEACH。

(4)网络节点存活数
图4为网络节点存活数随时间的变化情况，可以看到，LEACH—EE的节点存活率要好于LEACH—C和LEACH协议。这50个传感器节点，如果使用LEACH协议发送数据，则时间持续403 s后网络中的节点全部死亡；使用LEACH—C协议，则时间持续448 s后所有的网络节点全部死亡；而如果采用LEACH—EE协议，则时间持续到502 s后网络中的节点才全部死亡。

结语
路由协议是无线传感器网络的重要研究内容，它的性能直接影响整个网络的运行效率。本文从节省能量、延长网络生命周期的角度，对LEACH—C协议进行了改进，提出了一种基于能量估算的集中式分簇路由协议LEACH—EE。通过能量消耗模型，基站根据接收到的各个簇的数据量来估算每个簇内节点的能量消耗情况，并根据估算结果重新确定下一轮的簇首和簇结构。只有在一定条件下，或者间隔相当长的时间，才需要传感器节点向基站汇报自己的能量等信息。仿真结果表明，与LEACH、EACH—C协议相比，LEACH—EE协议能更好地降低网络能耗，延长网络的生存周期。