WSN中LEACH协议源码分析.docx
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WSN中LEACH协议源码分析
WSN中LEACH协议源码分析
分析
（一）
首先对wireless.tcl进行分析，先对默认的脚本选项进行初始化：
setopt（chan）Channel/WirelessChannel
setopt（prop）Propagation/TwoRayGround
setopt（netif）Phy/WirelessPhy
setopt（mac）Mac/802_11
setopt（ifq）Queue/DropTail/PriQueue
setopt（ll）LL
setopt（ant）Antenna/OmniAntenna
setopt（x）0;#Xdimensionofthetopography
setopt（y）0;#Ydimensionofthetopography
setopt（cp）""
setopt（sc）"../mobility/scene/scen-670x670-50-600-20-2";#scenariofile
setopt（ifqlen）50;#maxpacketinif
setopt（nn）51;#numberofnodes
setopt（seed）0.0
setopt（stop）10.0;#simulationtime
setopt（tr）out.tr;#tracefile
setopt（rp）dsdv;#routingprotocolscript
setopt（lm）"on";#logmovement
在这个wireless.tcl中设置了一些全局变量：
#
#InitializeGlobalVariables
#
setns_[newSimulator]
setchan[new$opt（chan）]
setprop[new$opt（prop）]
settopo[newTopography]
settracefd[open$opt（tr）w]
$topoload_flatgrid$opt（x）$opt（y）
$proptopography$topo
这些初始化将在后面的使用中用到，该文件最重要的是创建leach节点：
创建方法如下：
}elseif{[stringcompare$opt（rp）"leach"]==0}{
for{seti0}{$i<$opt（nn）}{incri}{
leach-create-mobile-node$i
}
如果路由协议是leach协议，则在Uamps.tcl中调用leach-create-mobile-node方法创建leach节点。
将在第二小节讲如何创建leach节点。
for{seti0}{$i<$opt（nn）}{incri}{
$ns_at$opt（stop）.000000001"$node_（$i）reset";//完成后，重置节点的应用
}
$ns_at$opt（stop）.00000001"puts\"NSEXITING...\";$ns_halt"
if{$opt（sc）==""}{
puts"***NOTE:
noscenariofilespecified."
setopt（sc）"none"
}else{
puts"Loadingscenariofile..."
source$opt（sc）
puts"Loadcomplete..."
}
ns在什么时候结束simulation，并告诉ns加载sc场景文件。
最后$ns_run则ns就开始运行了。
分析
（二）
上节对wireless.tcl进行了简要的分析，接下来对Uamps.tcl脚本进行分析。
setopt（Efriss_amp）[expr[expr1.1*$opt（RXThresh）*16*$PI*$PI]/\
[expr$opt（bw）*$opt（Gt）*$opt（Gr）*$l*$l]]
#Etwo_ray_amp=RXThresh/（RbGtGrht^2hr^2）
setopt（Etwo_ray_amp）[expr1.1*$opt（RXThresh）/\
[expr$opt（bw）*$opt（Gt）*$opt（Gr）*\
$opt（ht）*$opt（ht）*$opt（ht）*$opt（ht）]]
setopt（EXcvr）50e-9;#Energyforradiocircuitry
setopt（e_bf）5e-9;#Beamformingenergy（J/bit）
setopt（Esense）0;#Sensingenergy（J/bit）
setopt（thresh_energy）0.00;#Thresholdforpoweradaptation
setopt（Pidle）0;#Idlepower（W）
setopt（Psleep）0;#Sleeppower（W）
setinitialized0
setrng_[newRNG]#用于产生随机数
首先往opt数组里面添加一些变量，并对这些变量进行初化。
opt（Psleep），opt（Pidle），opt（thresh_energy）在ns-leach.tcl中使用到，这个是计算单位时间空闲所消耗的能量和休眠所消耗的能量。
这个脚本主要是创建leach节点：
if{$initialized==0}{
#removeoldtrace
sens_init
setinitialized1
}
#Removeoldtracefiles.
catch"evalexecrm[glob-nocomplain$opt（dirname）/TDMAschedule.*.txt]"
catch"execrm$opt（dirname）/$opt（filename）.energy"
catch"execrm$opt（dirname）/$opt（filename）.data"
catch"execrm$opt（dirname）/$opt（filename）.alive"
catch"execrm$opt（dirname）/startup.energy"
catch"execrm$opt（dirname）/init.energy"
如果没有初始化过，则将以前的跟踪文件删除，接着回到创建leach的函数中，创建节点：
if{$id!
=$opt（nn_）}{
puts-nonewline"$id"
#important
setnode_（$id）[newMobileNode/ResourceAwareNode]
}else{
puts"（$opt（nn_）==BS）"
setnode_（$id）[newMobileNode/ResourceAwareNode$BS_NODE]
}
如果不是簇头节点则将$opt（nn_）-1个节点设置为一般节点，将$opt（nn_）设置为BS节点。
newMobileNode/ResourceAwareNode函数是在ns-ranode.tcl中。
分析完这个我们接下来分析newMobileNode/ResourceAwareNode这个函数。
setnode$node_（$id）
if{$id!
=$opt（nn_）}{
#Setinitialnodeenergy.
if{$opt（eq_energy）==1}{
$nodeset-energy$opt（init_energy）$opt（thresh_energy）
}else{
由于eq-energy在leach-test中给定，将eq-energy=1；则每个节点都会对能量进行初始化，设置节点的初始能量和门槛能量（个人理解，死亡能量）。
sethigh_e_nodes[list9719128782283553472]
if{[lsearch$high_e_nodes$id]==-1}{
setE2
}else{
setE200
}
$nodeset-energy$E$opt（thresh_energy）
setinitf[open"$opt（dirname）/init.energy"a]
puts$initf"$id\t$E"
close$initf
将不属于list中的能量初始化能量设置为2，将属于list中的能量设置为200.并将初始化能量写到init.energy中，将节点id和节点初始能量写进去。
else{
#Basestationhasaninfiniteamountofenergy.
$nodeset-energy50000$opt（thresh_energy）
}
节点为簇头节点，则将节点的初始化能量设置为50000，能量无限。
到此为止，创建节点完成并将每个节点的能量初始化完成。
下一节将分析ns-ranode.tcl脚本。
区分普通节点和簇头节点的不同。
接下来是配置节点信道和跟踪文件：
$ns_at0.0"$node_（$id）start-app"ns在0的时候启动应用，应用在ns-ranode.tcl中分析。
分析（三）
对前面两个脚本进行分析后，已经创建好节点和设置好节点的初始能量，将opt（nn_）-1个节点设置为普通节点，而将opt（nn_）设置为bs。
现在对ns-ranode.tcl进行分析。
好了我们现在就开始分析这个脚本。
ClassMobileNode/ResourceAwareNode-superclassNode/MobileNode
MobileNode/ResourceAwareNodeinstprocinitargs
setbs_node[lindex$args0]
eval$selfnext[lreplace$args00]
args由参数传递进来，若节点为簇头节点则bs_node=1，调用父类初始化函数。
setResourceManager_[newResourceManager]
$ResourceManager_Register[newResource/NeighborResource]
setenergy[newResource/Energy]
$ResourceManager_Register$energy
ResourceManager在ns-resouce-manager.tcl中定义的。
Resource/NeighborResource在ns-neighbor-resource中对能量进行管理。
#Createanewagentandattachittothenode
if{$bs_node==1}{
setagent[newAgent/BSAgent]
}else{
setagent[newAgent/RCAgent]
}
setrca_agent_$agent
普通节点的应用为RCAgent，BS的应用为BSAGgent。
并将应用attch到node上。
下面两段看不明白，但是这两段不影响看程序。
sethaslist[find_haslist[$selfid]]
if{$bs_node==1}{
setrca[new$opt（bsapp）]
}else{
setrca[new$opt（rcapp）$opt（mtype）$wantslist$haslist]
}
$ns_attach-agent$self$agent
$rcaattach-agent$agent
setrca_app_$rca
将bs节点的应用设置为bsapp，普通节点的应用设置为rcaapp，并将节点的服务设置为不同的服务。
bsapp在ns-app.tcl中。
$opt（rcapp）定义在leach.tcl中，opt（mtype）定义在leach.tcl中。
setopt（rcapp）"Application/LEACH";#Applicationtype
setopt（ra_adv）[TxTime[expr$opt（hdr_size）+4]]
;#Totaltime（s）forCHADVs
;#Assumemax4（nn*%）CHs
setopt（ra_adv_total）[expr$opt（ra_adv）*（$opt（num_clusters）*4+1）]
;#RATime（s）fornodes'joinreqs
setopt（ra_join）[expr0.01*$opt（nn_）]
;#Buffertimeforjoinreqxmittal
setopt（ra_delay）[TxTime[expr$opt（hdr_size）+4]]
;#Maximumtimerequiredtotransmit
;#aschedule（nnodesin1cluster）
setopt（xmit_sch）[expr0.005+[TxTime[expr$opt（nn_）*4+$opt（hdr_size）]]]
;#Overheadtimeforclusterset-up
setopt（start_xmit）[expr$opt（ra_adv_total）+$opt（ra_join）+$opt（xmit_sch）]
一般节点的应用为Application/LEACH，最终sink节点的应用为Application/BSApp。
通过前3次的分析得出，在分析1中定义变量，在分析2中创建leach节点，在分析3中将节点的应用绑定在节点上。
下面将分析leach的主要协议ns-leach.tcl脚本。
分析（四）
完成前面3个脚本的分析，最后进行ns-leach.tcl脚本的分析.首先我们看下这个脚本要使用的有哪些功能.
Application/LEACHinstprocinitargs{}对leach进行初始化，即构造函数。
下面是leach的一些方法
Application/LEACHinstprocstart{}{}
Application/LEACHinstprocgetRandomNumber{llimulim}{}得到随机数
Application/LEACHinstprocnode{}{}
Application/LEACHinstprocnodeID{}{}
Application/LEACHinstprocmac{}{}
Application/LEACHinstprocgetX{}{}
Application/LEACHinstprocgetY{}{}
Application/LEACHinstprocgetER{}{}
Application/LEACHinstprocGoToSleep{}{}节点进行休眠
Application/LEACHinstprocWakeUp{}{}节点醒来
Application/LEACHinstprocsetCodecode{}{}
Application/LEACHinstproccheckAlive{}{}节点是否存活
Application/LEACHinstprocisClusterHead?
{}{}判断是否是簇头节点
Application/LEACHinstprochasbeenClusterHead?
{}{}判断是否成为过簇头节点
Application/LEACHinstprochasnotbeenClusterHead{}{}hasbeench=0不是簇头节点
Application/LEACHinstprocsetClusterHead{}{}设置为簇头节点
Application/LEACHinstprocunsetClusterHead{}{}设置为非簇头节点
Application/LEACHinstprocdecideClusterHead{}{}决定簇头节点，非常重要
Application/LEACHinstprocadvertiseClusterHead{}{}广播簇头节点
Application/LEACHinstprocfindBestCluster{}{}找到最佳簇
Application/LEACHinstprocinformClusterHead{}{}通知簇头节点
Application/LEACHinstproccreateSchedule{}{}创建TDMA调度
接收功能：
Application/LEACHinstprocrecv{args}{}
Application/LEACHinstprocrecvADV_CH{msg}{}
Application/LEACHinstprocrecvJOIN_REQ{nodeID}{}
Application/LEACHinstprocrecvADV_SCH{order}{}
Application/LEACHinstprocrecvDATA{msg}{}
发送功能：
Application/LEACHinstprocsendData{}{}
Application/LEACHinstprocsend{mac_dstlink_dsttypemsgdata_sizedistcode}{}
Application/LEACHinstprocsend_now{mac_dstlink_dsttypemsgdata_sizedistcode}{}
Application/LEACHinstprocSendDataToBS{}{}
Application/LEACHinstprocSendMyDataToBS{}{}
分析（五）
由leach分析三可知，一般节点的应用为Application/LEACH。
则现在就是如何选择簇头节点和设置门槛值。
我们接下来分析leach分析4中红色的方法。
在leach分析3中创建一个Application/LEACH对象则就会自动调用start方法。
Application/LEACHinstprocstart{}{
[$selfmac]setnode_num_[$selfnodeID]
$selfdecideClusterHead
$selfcheckAlive
}
在这个方法中会调用decideClusterHead和checkAlive方法。
Application/LEACHinstprocGoToSleep{}{
globaloptns_
$selfinstvarbegin_idle_begin_sleep_
[[$selfnode]setnetif_（0）]setsleep_1
#Ifnodehasbeenawake,removeidleenergy（e.g.,theamountofenergy
#dissipatedwhilethenodeisintheidlestate）.Otherwise,thenode
#hasbeenasleepandmustremovesleepenergy（e.g.,theamountof
#energydissipatedwhilethenodeisinthesleepstate）.
if{$begin_idle_>$begin_sleep_}{
setidle_energy[expr$opt（Pidle）*[expr[$ns_now]-$begin_idle_]]
[$selfgetER]remove$idle_energy
}else{
setsleep_energy[expr$opt（Psleep）*[expr[$ns_now]-$begin_sleep_]]
[$selfgetER]remove$sleep_energy
}
setbegin_sleep_[$ns_now]
setbegin_idle_0
}
分析（六）
在start中调用下面这个方法。
Application/LEACHinstprocdecideClusterHead{}{
globalns_chanoptnode_
$selfinstvaralive_TDMAschedule_
$selfinstvarbegin_idle_begin_sleep_
#Checkthealivestatusofthenode.Ifthenodehasrunoutof
#energy,itnolongerfunctionsinthenetwork.
setISalive[[[$selfnode]setnetif_（0）]setalive_]
if{$alive_==1}{
if{$ISalive==0}{
puts"Node[$selfnodeID]isDEAD!
!
!
!
"
$chanremoveif[[$selfnode]setnetif_（0）]
setalive_0
setopt（nn_）[expr$opt（nn_）-1]
setISalive[[[$selfnode]setnetif_（0）]setalive_]#从网络接口netif中查看当前节点状况
如果节点存活，但是节点能量耗光，则$chanremoveif[[$selfnode]setnetif_（0）]将节点信道中移出，并将节点设置为死亡。
节点的总数目减少一个。
if{$opt（eq_energy）==1}{
#
#Pi（t）=k/（
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