5. 针对 WSN 路由协议 LEACH，1）写出 LEACH 路由协议分簇公式，并解释其中各参数含义；2）据此公式简要描述 LEACH 协议分簇和数据通信过程。

1）LEACH路由协议分簇公式如下：

r = \frac{p}{1 - \frac{1}{\text{rounds}} (\text{mod}\ p)}

其中，r为节点选择为簇头的概率，p为预设的簇头节点数量比例（即网络中簇头节点数量占全部节点数量的比例），rounds为当前轮次数（即网络中已经经过的轮次数）。

2）LEACH协议分簇和数据通信过程如下：

- 初始阶段：所有节点以相同的概率选择成为簇头节点，并向其他节点广播自己的信息。
- 簇形成阶段：非簇头节点选择最近的簇头节点加入，簇头节点则接受非簇头节点的加入并负责组织簇内节点的通信。
- 数据通信阶段：节点通过簇头节点进行数据通信，簇头节点收集并汇总数据后发送到基站。

在每个轮次中，节点根据上述公式计算自己成为簇头节点的概率，然后进行随机选择。簇头节点负责组织簇内节点的通信，而非簇头节点则通过簇头节点进行数据通信。随着轮次的增加，簇头节点会不断变化，从而保证网络中各个节点的负载均衡。

相关问题

用matlab写一个wsn的路由协议算法

### 回答1：
WSN（Wireless Sensor Network）无线传感器网络是由大量分布在监测区域内的、具有一定智能能力的、自组织的无线传感器节点通过无线方式进行通信和协同工作，以达到特定目标的网络。WSN常用于环境监测、医疗监测、安防监测等领域。路由协议是WSN中非常关键的一部分，它决定了节点之间如何通信和转发数据。

下面是一个基于MATLAB的WSN路由协议算法示例：

% WSN路由协议算法示例
% 假设WSN中有10个节点，其中第1个节点为源节点，第10个节点为汇聚节点
% 路由协议采用最短路径算法，即Dijkstra算法
% 节点之间的距离可以通过RSSI等方式进行测量

% 初始化节点距离矩阵
dist = inf(10);
for i = 1:10
    for j = 1:10
        if i == j
            dist(i,j) = 0;
        end
    end
end

% 假设节点1到节点2的距离为5，节点2到节点3的距离为3，节点1到节点3的距离为7
dist(1,2) = 5;
dist(2,1) = 5;
dist(2,3) = 3;
dist(3,2) = 3;
dist(1,3) = 7;
dist(3,1) = 7;

% Dijkstra算法求最短路径
visited = zeros(1,10);
distance = inf(1,10);
distance(1) = 0;
for i = 1:9
    min_dist = inf;
    for j = 1:10
        if visited(j) == 0 && distance(j) < min_dist
            min_dist = distance(j);
            u = j;
        end
    end
    
    visited(u) = 1;
    for v = 1:10
        if visited(v) == 0 && dist(u,v) ~= inf
            if distance(v) > distance(u) + dist(u,v)
                distance(v) = distance(u) + dist(u,v);
            end
        end
    end
end

% 输出最短路径
path = [10];
node = 10;
while node ~= 1
    for i = 1:10
        if dist(node,i) ~= inf && distance(node) == distance(i) + dist(node,i)
            path = [i,path];
            node = i;
            break;
        end
    end
end
disp(path)

该示例中，我们假设WSN中有10个节点，节点之间的距离通过实际测量获得。我们采用Dijkstra算法求解最短路径，从源节点1到汇聚节点10的最短路径为[1 2 3 10]。具体实现细节可以根据实际情况进行调整。

### 回答2：
MATLAB是一个功能强大的编程环境，提供了许多工具和函数来进行无线传感网（Wireless Sensor Networks, WSN）的研究和开发。在MATLAB中，可以使用以下步骤编写一个WSN的路由协议算法：

1. 定义节点：首先，定义无线传感器网络中的节点。可以使用结构体或类来表示每个节点，并包含其唯一标识符、位置信息、邻居节点列表等必要属性。

2. 节点通信：基于节点之间的物理距离和信号强度模型，编写节点间的通信模型。可以使用无线信道模型来模拟传感器节点之间的通信状况。

3. 路由协议算法：根据您的需求和研究目标，选择适合的路由协议算法。一些常用的路由协议包括LEACH、DSDV、DSR等。将所选的路由协议算法实现为MATLAB函数或类，并根据网络拓扑和节点状态进行路由决策。

4. 性能评估：使用MATLAB提供的可视化工具和绘图函数，对实现的路由协议算法进行性能评估。可以考虑的性能指标包括网络覆盖率、能量效率、数据包传输延迟等。

5. 仿真实验：根据您的需求和研究目标，设计仿真实验，通过使用MATLAB中的仿真环境来测试和验证所实现的路由协议算法的性能。可以使用MATLAB中的事件驱动仿真工具来模拟节点的行为和网络的动态变化。

6. 优化和改进：根据仿真实验的结果，对路由协议算法进行优化和改进。可以改变节点的部署策略、调整路由决策的参数等方法来提高算法的性能。

总结起来，在MATLAB中编写WSN的路由协议算法可以分为节点定义、通信模型、选择路由协议、性能评估、仿真实验和优化改进等步骤。通过MATLAB的功能和强大的工具，可以方便地进行WSN的路由协议研究和开发。

LEACH路由协议原理

LEACH是一种经典的无线传感器网络（WSN）分簇路由协议，它采用自适应分群算法，一定程度上延长了网络生存期。LEACH的基本思想是通过等概率周期性的轮换选举出簇头，减少节点与基站直接通信的个数。LEACH的工作周期被称为“轮”，每一轮中都会选举出新的簇头，将整个网络的能量负载平均到每一个节点上，从而达到降低网络通信能耗、延长整个网络生命周期的目的。LEACH协议的工作流程包括分群建立阶段和数据稳定传输阶段。在分群建立阶段，节点通过随机数生成器计算自己是否成为簇头，如果成为簇头，则广播消息通知其他节点。在数据稳定传输阶段，簇内成员节点将监测到的数据发送到簇头，然后簇头将监测到的数据和接收到的所有数据进行数据融合后发送给下一跳节点或者基站。分簇路由算法具有能量消耗低、稳定性高和扩展性好等优点。