基于虚拟力优化的无线传感器网络覆盖率matlab仿真+仿真录像

clc; clear; close all; warning off; addpath(genpath(pwd)); %1.初始参数设定模块 %.传感器节点区域界限(单位 M) xm=200; ym=200; %(1)汇聚节坐标给定 sink.x=0.5*xm; sink.y=0.5*ym; %区域内传器节数 n=100 %簇头优化比例（当选簇头的概率） P=0.05; %能量模型（单位 焦） %初始化能量模型 Eo=0.1; %Eelec=Etx=Erx ETX=50*0.000000001; ERX=50*0.000000001; %Transmit Amplifier types Efs=10*0.000000000001; Emp=0.0013*0.000000000001; %Data Aggregation Energy EDA=5*0.000000001; %高能量节点超出一节点能量的百分比 a=1; %最大循环次数 rmax=1000 %算出参数 do do=sqrt(Efs/Emp); Et=0; %2.无线传感器网络模型产生模块 %构建无线传感器网络,在区域内均匀投放100个节点,并画出图形 for i=1:1:n S3(i).xd=rand(1,1)*xm; S4(i).xd=S3(i).xd; XR4(i)=S4(i).xd; XR3(i)=S3(i).xd; S3(i).yd=rand(1,1)*ym; S4(i).yd=S3(i).yd; YR4(i)=S4(i).yd; S4(i).G=0; YR3(i)=S3(i).yd; S3(i).G=0; S3(i).E=Eo*(1+rand*a); S4(i).E=S3(i).E; E3(i)= S3(i).E; E4(i)= S4(i).E; Et=Et+E3(i); %initially there are no cluster heads only nodes S3(i).type='N'; S4(i).type='N'; end d1=0.765*xm/2; K=sqrt(0.5*n*do/pi)*xm/d1^2; d2=xm/sqrt(2*pi*K); Er=4000*(2*n*ETX+n*EDA+K*Emp*d1^4+n*Efs*d2^2); S3(n+1).xd=sink.x; S3(n+1).yd=sink.y; S4(n+1).xd=sink.x; S4(n+1).yd=sink.y; %3.网络运行模块 %簇头节点数 countCHs3=0; cluster3=1;%此定义的目的仅仅是给定一个1开始的下标参数，真正的簇头数应该还减去1 flag_first_dead3=0; flag_teenth_dead3=0; flag_all_dead3=0; %死亡节点数 dead3=0; first_dead3=0; teenth_dead3=0; all_dead3=0; %活动节点数 allive3=n; %counter for bit transmitted to Bases Station and to Cluster Heads packets_TO_BS3=0; packets_TO_CH3=0; %(1)循环模式设定 for r=0:1:rmax %该 for 循环将下面的所有程序包括在内，直到最后一 end 才结束循环 r %每过一个轮转周期(本程序为10次)使各节点的S（i）.G参数（该参数用于后面的簇选举，在该轮转周期内已当选过簇头的节点不能再当选）恢复为零 if(mod(r, round(1/P) )==0) for i=1:1:n S3(i).G=0; S3(i).cl=0; end end Ea=Et*(1-r/rmax)/n; El3(r+1)=0; for i=1:100 El3(r+1)=S3(i).E+El3(r+1); end Ec3(r+1)=Et-El3(r+1); %(2)死亡节点检查模块 dead3=0; for i=1:1:n %检查有无死亡节点 if (S3(i).E<=0) dead3=dead3+1; %(3)第一个死亡节点的产生时间(用轮次表示) %第一个节点死亡时间 if (dead3==1) if(flag_first_dead3==0) first_dead3=r; flag_first_dead3=1; end end %10%的节点死亡时间 if(dead3==0.1*n) if(flag_teenth_dead3==0) teenth_dead3=r; flag_teenth_dead3=1; end end if(dead3==n) if(flag_all_dead3==0) all_dead3=r; flag_all_dead3=1; end end end if S3(i).E>0 S3(i).type='N'; end end STATISTICS.DEAD3(r+1)=dead3; STATISTICS.ALLIVE3(r+1)=allive3-dead3; %(4)簇头选举模块 countCHs3=0; cluster3=1; for i=1:1:n if Ea>0 p(i)=P*n*S3(i).E*E3(i)/(Et*Ea); if(S3(i).E>0) temp_rand=rand; if ( (S3(i).G)<=0) %簇头的选举，当选的簇头会把各种相关信存入下面程序所给定的变量中 if(temp_rand<= (p(i)/(1-p(i)*mod(r,round(1/p(i)))))) countCHs3=countCHs3+1; packets_TO_BS3=packets_TO_BS3+1; PACKETS_TO_BS3(r+1)=packets_TO_BS3; S3(i).type='C'; S3(i).G=round(1/p(i))-1; C3(cluster3).xd=S3(i).xd; C3(cluster3).yd=S3(i).yd; distance=sqrt( (S3(i).xd-(S3(n+1).xd) )^2 + (S3(i).yd-(S3(n+1).yd) )^2 ); C3(cluster3).distance=distance; C3(cluster3).id=i; X3(cluster3)=S3(i).xd; Y3(cluster3)=S3(i).yd; cluster3=cluster3+1; %计算簇头发送4000bit数据到基站的能量消耗（这里应是所有节点包括簇头每一轮发送4000bit数据） distance; if (distance>do) S3(i).E=S3(i).E- ( (ETX+EDA)*(4000) + Emp*4000*( distance*distance*distance*distance )); end if (distance<=do) S3(i).E=S3(i).E- ( (ETX+EDA)*(4000) + Efs*4000*( distance * distance )); end end end % S3(i).G=S3(i).G-1; end end end STATISTICS.COUNTCHS3(r+1)=countCHs3; %(5)簇内成员选择簇头模块(即簇的形成模块) %簇内成员对簇头的选择（即簇的形成）算法 for c=1:1:cluster3-1 x3(c)=0; end y3=0; z3=0; for i=1:1:n if ( S3(i).type=='N' && S3(i).E>0 ) if(cluster3-1>=1) min_dis=Inf; min_dis_cluster=0; for c=1:1:cluster3-1 temp=min(min_dis,sqrt( (S3(i).xd-C3(c).xd)^2 + (S3(i).yd-C3(c).yd)^2 ) ); if ( temp<min_dis ) min_dis=temp; min_dis_cluster=c; x3(c)=x3(c)+1; end end %簇内节点（发送4000bit数据）能量消耗 min_dis; if (min_dis>do) S3(i).E=S3(i).E- ( ETX*(4000) + Emp*4000*( min_dis * min_dis * min_dis * min_dis)); end if (min_dis<=do) S3(i).E=S3(i).E- ( ETX*(4000) + Efs*4000*( min_dis * min_dis)); end %簇头（接受和融合这一簇内节点4000bit数据）的能量消耗 S3(C3(min_dis_cluster).id).E = S3(C3(min_dis_cluster).id).E- ( (ERX + EDA)*4000 ); packets_TO_CH3=packets_TO_CH3+1; S3(i).min_dis=min_dis; S3(i).min_dis_cluster=min_dis_cluster; else y3=y3+1; min_dis=sqrt( (S3(i).xd-S3(n+1).xd)^2 + (S3(i).yd-S3(n+1).yd)^2 ); if (min_dis>do) S3(i).E=S3(i).E- ( ETX*(4000) + Emp*4000*( min_dis * min_dis * min_dis * min_dis)); end if (min_dis<=do) S3(i).E=S3(i).E- ( ETX*(4000) + Efs*4000*( min_dis * min_dis)); end packets_TO_BS3=packets_TO_BS3+1; end end end if countCHs3~=0 u3=(n-y3)/countCHs3; for c=1:1:cluster3-1 z3=(x3(c)-u3)*(x3(c)-u3)+z3; end LBF3(r+1)=z3/countCHs3; else LBF3(r+1)=0; end STATISTICS.PACKETS_TO_CH3(r+1)=packets_TO_CH3; STATISTICS.PACKETS_TO_BS3(r+1)=packets_TO_BS3; end %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% countCHs4=0; cluster=1;%此定义的目的仅仅是给定一个1开始的下标参数，真正的簇头数应该还减去1 flag_first_dead4=0; flag_teenth_dead4=0; flag_all_dead4=0; %死亡节点数 dead4=0; first_dead4=0; teenth_dead4=0; all_dead4=0; %活动节点数 allive4=n; %counter for bit transmitted to Bases Station and to Cluster Heads packets_TO_BS4=0; packets_TO_CH4=0; %(1)循环模式设定 for r=0:1:rmax %该 for 循环将下面的所有程序包括在内，直到最后一 end 才结束循环 r %每过一个轮转周期(本程序为10次)使各节点的S（i）.G参数（该参数用于后面的簇选举，在该轮转周期内已当选过簇头的节点不能再当选）恢复为零 if(mod(r, round(1/P) )==0) for i=1:1:n S4(i).G=0; S4(i).cl=0; end end Ea=Et*(1-r/rmax)/n; El4(r+1)=0; for i=1:100 El4(r+1)=S4(i).E+El4(r+1); end Ec4(r+1)=Et-El4(r+1); %(2)死亡节点检查模块 dead4=0; for i=1:1:n %检查有无死亡节点 if (S4(i).E<=0) dead4=dead4+1; %(3)第一个死亡节点的产生时间(用轮次表示) %第一个节点死亡时间 if (dead4==1) if(flag_first_dead4==0) first_dead4=r; flag_first_dead4=1; end end %10%的节点死亡时间 if(dead4==0.1*n) if(flag_teenth_dead4==0) teenth_dead4=r; flag_teenth_dead4=1; end end if(dead4==n) if(flag_all_dead4==0) all_dead4=r; flag_all_dead4=1; end end end if S4(i).E>0 S4(i).type='N'; end end STATISTICS.DEAD4(r+1)=dead4; STATISTICS.ALLIVE4(r+1)=allive4-dead4; %(4)簇头选举模块 countCHs4=0; cluster4=1; A=0.75; fo