28、LEACH路由协议：无线传感器网络的节能解决方案

LEACH路由协议：无线传感器网络的节能解决方案

一、LEACH协议概述

LEACH（Low energy adaptive clustering hierarchy）即低能量自适应聚类分层协议，是一种用于无线传感器网络（WSN）的分层协议。在该协议中，大多数节点将数据传输到簇头（cluster - heads），簇头对数据进行聚合和压缩后再转发到基站（sink）。每个节点在每一轮中使用随机算法来决定是否成为本轮的簇头。

LEACH假设每个节点都有足够强大的无线电，可以直接到达基站或最近的簇头，但一直以全功率使用无线电会浪费能量。已经成为过簇头的节点在P轮内不能再次成为簇头，其中P是期望的簇头百分比。此后，每个节点在每一轮中都有1/P的概率成为簇头。每一轮结束时，非簇头节点会选择最近的簇头并加入该簇，簇头随后会为其簇内的每个节点创建数据传输时间表。

二、LEACH协议的通信方式

非簇头节点仅按照簇头创建的时间表，以时分多址（TDMA）的方式与簇头通信。它们使用到达簇头所需的最小能量进行通信，并且只需要在自己的时隙内开启无线电。此外，LEACH还使用码分多址（CDMA），使每个簇使用不同的CDMA码集，以最小化簇间干扰。

三、LEACH协议的工作阶段

LEACH协议的操作由多个轮次组成，每一轮包含两个阶段：设置阶段（setup phase）和稳定状态阶段（steady - state phase）。

（一）设置阶段

设置阶段中，传感器节点根据能量和概率函数组织成局部簇，并确定簇头。簇头的基于规则的选择公式如下：
[T(n) =
\begin{cases