22、低能量自适应聚类分层协议

低能量自适应聚类分层协议

1. 引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）在环境监测、智能家居、工业自动化等领域有着广泛应用。然而，由于传感器节点通常依靠电池供电，能量有限，如何有效地管理能量成为了WSNs研究中的一个重要课题。低能量自适应聚类分层协议（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH）作为一种经典的能量管理协议，通过聚类结构和自适应机制显著降低了能量消耗，延长了网络的生命周期。

2. LEACH协议的基本原理

LEACH协议的核心思想是通过将网络划分为若干簇（Cluster），每个簇选举一个簇头（Cluster Head, CH），由簇头负责收集簇内节点的数据并转发给基站。这种结构能够减少节点间的直接通信，从而节省能量。以下是LEACH协议的主要特点：

2.1 自适应簇头选择

LEACH采用随机轮换的方式选择簇头，避免了某些节点长期担任簇头而导致能量耗尽的问题。具体步骤如下：

1. 初始化阶段 ：所有节点随机生成一个介于[0, 1]之间的数值，如果该数值小于设定的阈值，则该节点成为簇头。
2. 簇头广播 ：当选为簇头的节点向其他节点广播其身份，告知它们加入哪个簇。
3. 节点加入簇 ：普通节点根据接收到的簇头广播信息，选择信号最强的簇头加入。
4. 数据传输 ：簇头收集簇内节点的数据，进行聚合后发送