Leach

詞語解釋

Leach（低能耗自組織網(wǎng)絡(luò)）是一種基于自組織網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它旨在有效地降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗，以改善網(wǎng)絡(luò)性能。Leach協(xié)議的主要思想是，將網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點分為兩類：簇頭節(jié)點和普通節(jié)點。簇頭節(jié)點負(fù)責(zé)收集和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，普通節(jié)點負(fù)責(zé)收集和發(fā)送數(shù)據(jù)。 Leach協(xié)議有助于提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，并有效地降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗。Leach協(xié)議的優(yōu)點在于，它可以有效地減少網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能耗，從而改善網(wǎng)絡(luò)的性能。Leach協(xié)議還可以改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，使得網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。 Leach協(xié)議的應(yīng)用主要集中在低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中，它可以有效地降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗，從而改善網(wǎng)絡(luò)性能。Leach協(xié)議的應(yīng)用也可以改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，使得網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。 Leach協(xié)議還可以應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）中的節(jié)點管理，它可以有效地控制網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能耗，從而改善網(wǎng)絡(luò)性能。Leach協(xié)議還可以改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，使得網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。總之，Leach協(xié)議是一種基于自組織網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，它旨在有效地降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能耗，以改善網(wǎng)絡(luò)性能。Leach協(xié)議的主要應(yīng)用是低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN），它可以有效地控制網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能耗，從而改善網(wǎng)絡(luò)性能。Leach協(xié)議還可以改善網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，使得網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定。

    LEACH全稱是“低功耗自適應(yīng)集簇分層型協(xié)議” (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)。
該算法基本思想是：以循環(huán)的方式隨機選擇蔟首節(jié)點，將整個網(wǎng)絡(luò)的能量負(fù)載平均分配到每個傳感器節(jié)點中，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能源消耗、提高網(wǎng)絡(luò)整體生存時間的目的。仿真表明，與一般的平面多跳路由協(xié)議和靜態(tài)分層算法相比，LEACH可以將網(wǎng)絡(luò)生命周期延長15%。

LEACH在運行過程中不斷的循環(huán)執(zhí)行蔟的重構(gòu)過程，每個蔟重構(gòu)過程可以用回合的概念來描述。每個回合可以分成兩個階段：蔟的建立階段和傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定階段。為了節(jié)省資源開銷，穩(wěn)定階段的持續(xù)時間要大于建立階段的持續(xù)時間。蔟的建立過程可分成4個階段：蔟首節(jié)點的選擇、蔟首節(jié)點的廣播、蔟首節(jié)點的建立和調(diào)度機制的生成。

蔟首節(jié)點的選擇依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中所需要的蔟首節(jié)點總數(shù)迄今為止每個節(jié)點已成為蔟首節(jié)點的次數(shù)來決定。具體的選擇辦法是：每個傳感器節(jié)點隨機選擇0-1之間的一個值。如果選定的值小于某一個閥值，那么這個節(jié)點成為蔟首節(jié)點。

選定蔟首節(jié)點后，通過廣播告知整個網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點根據(jù)接收信息的信號強度決定從屬的蔟，并通知相應(yīng)的蔟首節(jié)點，完成蔟的建立。最后，蔟首節(jié)點采用TDMA方式為蔟中每個節(jié)點分配向其傳遞數(shù)據(jù)的時間點。

穩(wěn)定階段中，傳感器節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)傳誦到蔟首節(jié)點。蔟首節(jié)點對蔟中所有節(jié)點所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合后再傳送給匯聚節(jié)點，這是一種叫少通信業(yè)務(wù)量的合理工作模型。穩(wěn)定階段持續(xù)一段時間后，網(wǎng)絡(luò)重新進(jìn)入蔟的建立階段，進(jìn)行下一回合的蔟重構(gòu)，不斷循環(huán)，每個蔟采用不同的CDMA代碼進(jìn)行通信來減少其他蔟內(nèi)節(jié)點的干擾。

LEACH協(xié)議的特點有：

1 為了減少傳送到匯聚節(jié)點的信息數(shù)量，蔟首節(jié)點負(fù)責(zé)融合來自蔟內(nèi)不同源節(jié)點所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并將融合后的數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚點。

2 LEACH采用基于TDMA/CDMA的MAC層機制來減少蔟內(nèi)和蔟間的沖突

3 由于數(shù)據(jù)采集是集中的和周期性的，因此該協(xié)議非常適合于要求連續(xù)監(jiān)控的應(yīng)用系統(tǒng)

4 對于終端使用者來說，由于它并不需要立即得到所有的數(shù)據(jù)，因此協(xié)議不許呀周期性的傳輸數(shù)據(jù)，這樣可以達(dá)到限制傳感器節(jié)點能量消耗的目的

5 在給定的時間間隔后，協(xié)議重新選舉蔟首節(jié)點，以保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取同意的能量分布

盡管LEACH能夠提高網(wǎng)絡(luò)的生存時間，但是協(xié)議所使用的假設(shè)條件仍存在著一些值得討論的問題，這主要體現(xiàn)在：

1 由于LEACH假定所有節(jié)點能夠與匯聚節(jié)點直接通信，并且每個節(jié)點都具備支持不同MAC協(xié)議的計算能力，因此該協(xié)議不適合在大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用

2 協(xié)議沒有說明蔟首節(jié)點的樹木怎么分布才能及于整個網(wǎng)絡(luò)。因此，很可能出現(xiàn)被選的蔟首節(jié)點集中在網(wǎng)絡(luò)某一區(qū)域的現(xiàn)象，這樣就會值得一些節(jié)點的周圍沒有任何蔟首節(jié)點。

3 由于LEACH假定在最初的蔟首選擇回合中，所有的節(jié)點都攜帶相同的能量，并且每個成為蔟首的節(jié)點都消耗大致相同的能量。因此，協(xié)議不適合節(jié)點能量不均衡的網(wǎng)絡(luò)。

節(jié)點經(jīng)過蔟頭選舉成為蔟頭后發(fā)布通告消息告知其他節(jié)點。其他節(jié)點根據(jù)與蔟頭節(jié)點的距離選擇加入哪個蔟

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