LEACH 算法讲解

LEACH算法
LEACH(low energy adaptive clustering hierarchy)算法是一种自适应分簇拓扑算法，它的执行过程是周期性的，其中定义了“轮”(round)的概念来实现周期性。每轮循环分为族的建立阶段和稳定的数据通信阶段。

1、在簇的建立阶段，相邻节点动态地形成簇，随机产生簇头；

2、在数据通信阶段，簇内节点把数据发送给簇头，簇头进行数据融合并把结果发送给汇聚节点。由于族头需要完成数据融合、与汇聚节点通信等工作，所以能量消耗大。LEACH算法能够保证各节点等概率地担任簇头，使得网络中的节点相对均衡地消耗能量。

1、簇头选举方法

LEACH算法选举簇头的过程如下：节点产生一个0~1之间的随机数，如果这个数小于阀值T（n），则发布自己是簇头的公告消息。在每轮循环中，如果节点已经当选过簇头，则把T(n)设置为0，这样该节点不会再次当选为簇头。对于未当选过簇头的节点，则将以T（n）的概率当选；随着当选过簇头的节点数目增加，剩余节点当选簇头的阀值T（n)随之增大，节点产生小于T（n)的随机数的概率随之增大，所以节点当选簇头的概率增大。当只剩下一个节点未当选时，T(n）=1，表示这个节点一定当选。T（n)可表示为：

其中，P是簇头在所有节点中所占的百分比，r是选举轮数，rmod(1/P)代表这一轮循环中当选过簇头的节点个数，G是这一轮循环中未当选过簇头的节点集合。

2、数据通信

当簇头选定之后，簇头节点主动向网络中节点广播自己成为簇头的消息。接收到此消息的节点，依据接收信号的强度，选择它所要加入的簇，并发消息通知相应的簇头。基于时分多址(Time Division Multiple Address，简称TDMA)的方式，簇头节点为其中的每个成员分配通信时隙，并以广播的形式通知所有的簇内节点。这样保证了簇内每个节点在指定的传输时隙进行数据传输，而在其他时间进入休眠状态，减少了能量消耗。在稳定工作阶段，节点持续采集监测数据，在自身传输时隙到来时把监测数据传给簇头节点，簇头节点对接收到数据进行融合处理之后，发送到Sink节点，这是一种减小通信业务量的合理工作模式。持续一段时间以后，整个网络进入下一轮工作周期，重新选择簇头节点

3、结果分析

1）由于LEACH假定所有节点能够与汇聚节点直接通信，并且每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力，因此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。
2）协议没有说明簇头节点的数目怎么分布才能及于整个网络。因此，很可能出现被选的簇头节点集中在网络某一区域的现象，这样就会使得一些节点的周围没有任何簇头节点。
3）由于LEACH假定在最初的簇头选择回合中，所有的节点都携带相同的能量，并且每个成为簇头的节点都消耗大致相同的能量。因此，协议不适合节点能量不均衡的网络

4、 结论

1）为了减少传送到汇聚节点的信息数量，簇首节点负责融合来自簇内不同源节点所产生的数据，并将融合后的数据发送到汇聚点。
2）LEACH采用基于TDMA/CDMA的MAC层机制来减少簇内和簇间的冲突。
3）由于数据采集是集中的和周期性的，因此该协议非常适合于要求连续监控的应用系统。
4）对于终端使用者来说，由于它并不需要立即得到所有的数据，因此协议不需要周期性的传输数据，这样可以达到限制传感器节点能量消耗的目的。
5）在给定的时间间隔后，协议重新选举簇首节点，以保证无线传感器网络获取统一的能量分布。

 本文参考：https://blog.csdn.net/qq_24133491/article/details/79057079

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LEACH 算法讲解

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