پیاده سازی پروتکل leach در متلب

پروتکل leach

پروتکل leach شناخته‌شده‌ترین روش خوشه‌بندی در شبکه‌های حسگر بی سیم است. در این روش، خوشه‌بندی بر اساس یک روش توزیع‌شده، انجام می‌شود. پروتکل leach به انتخاب شدن سرخوشه‎‌ها به‌صورت تصادفی و با یک احتمال ثابت تأکید دارد. (تمام گره ‌ها از احتمالی یکسان برای سرخوشه شدن برخوردارند.) گره‎‌ها همگن فرض می‌‎شوند(گره‎‌ها دارای انرژی اولیه یکسانی هستند).

در این الگوریتم حس‌گرها به‎ صورت تصادفی در یک ناحیه توزیع و ثابت در نظر گرفته می‎‌شوند. آن‌ها در گروه ‌ها یا خوشه‎‌هایی دسته‎ بندی می‎‌شوند و هر گروه یک سرخوشه‌ای دارد که در هر ناحیه از طریق سر خوشه‌اش با سینک که در مرکز شبکه قرار دارد به‌صورت مستقیم ارتباط برقرار می‎‌کند. به‌این‌ترتیب هم تعداد ارسال و دریافت‌ها در شبکه کاهش می‎‌یابد و هم داده‌های زائد که به علت نزدیکی حس‌گرهای یک خوشه به یکدیگر تولید می‎‌شوند حذف می‌شوند.

عملکرد پروتکل leach

عملکرد پروتکل leach از دوره‌هایی متشکل از چندین دور Round تشکیل‌ می‌شود. احتمال بهینه سرخوشه شدن گره‎‌ها برابر است و ثابت در نظر گرفته می‎‌شود. تعداد بهینه خوشه‌ها بر اساس توزیع مناسب بین تمام حس‌گرها و کمینه نمودن مصرف انرژی انتخاب می‎‌شود. هر دوره از دور تشکیل‌شده است. درصورتی‌که گره در دور فعلی سرخوشه شود تا انتهای دوره دیگر سرخوشه نخواهد شد.

گره برای سرخوشه شدن یک عدد تصادفی در بازه صفر تا یک انتخاب و عدد تصادفی موردنظر را با حد آستانه مقایسه می‎‌کند. درصورتی‌که عدد انتخابی کوچک‎تر از حد آستانه باشد گره در دور فعلی سرخوشه می‎‌شود. اگر حس‌گر در این دور سرخوشه نشود احتمال سرخوشه شدن خود را افزایش می‎‌دهد و این کار را تا زمانی ادامه می‌دهد که در دور آخر این احتمال به ۱ برسد.

گره‎‌هایی که هنوز در دوره فعلی سرخوشه نشده‌اند متعلق به مجموعه G هستند و در هر دور احتمال سرخوشه شدن آن‌ها افزایش می‎‌یابد . (رابطه زیر)

در این رابطه r مشخص‌کننده دور فعلی است و مقدار اولیه آن صفر است. انتخاب این رابطه در پروتکل leach به صورتی بوده که گره‎‌هایی که اخیراً سرخوشه نبوده‌‎اند در دور فعلی سرخوشه شوند؛ زیرا می‎‌توان انتظار داشت که این گره‌ها نسبت به گره‌هایی که اخیراً وظیفه سرخوشه بودن را (که انرژی زیادی مصرف می‎ کند) بر عهده داشته‌اند، انرژی بیشتری دارند.

می‌‎توان انتظار داشت که در هر دور، هر گره به‌طور متوسط یک‌بار سرخوشه شود. وقتی یک گره سرخوشه می‌شود، احتمال سرخوشه شدن حس‌گر تا دوره بعدی صفر شده و احتمال گره‎‌هایی که در دور فعلی سرخوشه نشده‌‎اند افزایش می‎‌یابد. مجموعه G شامل حس‌گرهایی است که تاکنون سرخوشه نشده‌‎اند و در زمان t قابلیت سرخوشه شدن را دارند. احتمال سرخوشه شدن آن‌ها از طریق رابطه زیر به دست می‌آید.

مراحل عملیاتی پروتکل leach

پروتکل leach دارای چهار مرحله عملیاتی پیشنهاد، تشکیل گروه، ایجاد زمان‌بندی و انتقال داده است، در مرحله پیشنهاد سرخوشه با یک پیام خود را به گره‎‌های دیگر معرفی می‎‌نماید. حس‌گرها از این پیشنهادها، نزدیک‎ترین سرخوشه را انتخاب نموده و درخواست عضویت را برای آن ارسال می‎‌کنند. گره سرخوشه یک زمان‌بندی برای اعضا ایجاد و آن را به حس‌گرهای عضو ارسال می‎‌کند. گره‌ها در زمان‌بندی اعلام‌شده داده‌های خود را به سرخوشه ارسال می‎‌کنند و سرخوشه با جمع‌آوری و ترکیب داده‎‌ها آن را به سینک ارسال می‎‌کند.

مصرف انرژی گره‎‌های سرخوشه به دلیل جمع‌آوری اطلاعات گروه‎‌های عضو، ترکیب و ارسال داده ترکیب‌شده به سینک که در فاصله دورتری قرار دارد بیشتر از گره‌های عضو است. با انتخاب تصادفی سرخوشه و درنتیجه چرخش نقش سرخوشه بین گره‌‎ها، مصرف انرژی بین آن‌ها به‌خوبی توزیع می‌‎شود.

پیاده سازی پروتکل LEACH در متلب

پیاده سازی پروتکل مبتنی بر خوشه بندی leach در متلب + سورس کد شامل ۱۴ فایل .m می‌باشد که بصورت زیپ شده است و توسط کارشناسان پی استور کاملا تست شده است و پی استور کیفیت محتوای سورس کد را تضمین می‌کند. در ادامه خروجی‌های ارائه شده پس از اجرای فایل start.m را مشاهده می‌کنید. تصویر زیر نحوه استقرار گره‌های حسگر و گره سینک را نشان می‌دهد که در هر بار اجرا گره‌های حسگر بسته به تعدادشان بصورت تصادفی در یک منطقه پخش می‌شوند.

سه خروجی مربوط به تعداد بسته‌های ارسالی به ایستگاه پایه، تعداد گره‌های غیر فعال و مجموع انرژی گره‌ها در هردور در زیر آمده است.

درباره سورس کد پیاده سازی پروتکل leach در متلب

این پروژه با استفاده از زبان برنامه نویسی متلب نوشته شده است. پروژه توسط کارشناسان پی استور تست و بررسی شده است و مورد تایید پی استور می‌باشد. این اثر دارای نشان تضمین کیفیت پی استور می‌باشد. برای دانلود پروژه آن را خریداری کنید. به محض خریداری لینک دانلود در دسترس خواهد بود.