LEACH协议构建由40个节点构成的无线传感器网络场景python

LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）是一种经典的无线传感器网络协议，可以减少节点间通信，延长网络寿命。下面是一个使用Python构建40个节点的LEACH无线传感器网络场景的示例代码：

import random
import math

# 网络场景参数
n = 40  # 节点数量
r = 50  # 传输半径
p = 0.05  # 调整簇头概率
E_elec = 50 * (10 ** (-9))  # 能量消耗常数
E_DA = 5 * (10 ** (-9))  # 数据聚合能量消耗常数
E_MP = 2 * (10 ** (-9))  # 数据传输到簇头能量消耗常数
E_FS = 10 * (10 ** (-12))  # 自由空间能量传输常数
d0 = math.sqrt(E_FS / E_elec)  # 自由空间距离门限

# 节点类
class Node:
    def __init__(self, id, x, y):
        self.id = id
        self.x = x
        self.y = y
        self.energy = 1  # 初始能量为1
        self.cluster_head = False  # 初始不是簇头节点
        self.cluster = None  # 初始不属于任何簇

# 初始化节点
nodes = []
for i in range(n):
    x = random.uniform(0, 100)
    y = random.uniform(0, 100)
    node = Node(i, x, y)
    nodes.append(node)

# 计算节点间距离
distances = []
for i in range(n):
    row = []
    for j in range(n):
        if i == j:
            row.append(0)
        else:
            distance = math.sqrt((nodes[i].x - nodes[j].x) ** 2 + (nodes[i].y - nodes[j].y) ** 2)
            row.append(distance)
    distances.append(row)

# 调整簇头节点
for i in range(n):
    if random.uniform(0, 1) < p:
        nodes[i].cluster_head = True

# 节点分组
for i in range(n):
    if nodes[i].cluster_head:  # 如果是簇头节点
        nodes[i].cluster = [i]  # 将自己加入簇
        for j in range(n):
            if distances[i][j] <= r and not nodes[j].cluster_head:  # 如果距离在传输半径内且不是簇头节点
                nodes[j].cluster = [i]  # 将节点加入簇

# 聚合数据
for i in range(n):
    if nodes[i].cluster_head:  # 如果是簇头节点
        data = []  # 初始化数据列表
        for j in nodes[i].cluster:  # 遍历簇中节点
            data.append(nodes[j].data)  # 收集数据
            nodes[j].energy -= E_MP * distances[i][j] ** 2  # 消耗能量
        aggregated_data = sum(data)  # 聚合数据
        nodes[i].energy -= E_DA * len(data)  # 消耗能量
        # 将聚合后的数据传输到基站
        for j in range(n):
            if distances[i][j] <= d0 and not nodes[j].cluster_head:  # 如果距离在自由空间距离门限内且不是簇头节点
                nodes[j].energy -= E_MP * distances[i][j] ** 2  # 消耗能量
                nodes[j].energy -= E_FS * distances[i][j] ** 2  # 消耗能量
                nodes[j].data = aggregated_data  # 传输数据

在上面的代码中，我们首先定义了一些网络场景参数，然后定义了一个节点类，包含节点的id、坐标、能量、是否为簇头节点、所属簇等属性。然后我们初始化了40个节点，并计算了节点间的距离。接着根据调整簇头概率将一些节点设为簇头节点，并根据传输半径将节点分组。最后聚合数据并将数据传输到基站。