LEACH协议原文详解

Posted 2021-05-17 Less is More（少即是多）

原文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/1045297/citations#citations

原文题目：An Application-Specific Protocol Architecture forWireless Microsensor Networks

摘要：
　　将数百或数千个廉价的微传感器节点连接在一起，用户可以通过智能地组合各个节点的数据，精确地监控远程环境。这些网络需要健壮的无线通信协议，这些协议既节能又能提供低延迟。本文对低能量自适应分簇层次结构（LEACH）进行了分析和研究，LEACH是一种用于微传感器网络的协议体系结构，它将基于分簇的路由和媒体访问的节能思想与特定应用的数据聚合结合在一起，在系统寿命、寿命和性能等方面取得了良好的性能，应用程序感知质量。LEACH包括一种新的分布式簇形成技术，该技术可以实现大量节点的自组织，用于调整簇和旋转簇头位置以在所有节点之间均匀分配能量负载的算法，以及使分布式信号处理能够节省通信资源的技术。我们的结果表明，与通用的多跳方法相比，LEACH可以将系统寿命提高一个数量级

关键词：Index Terms—Data aggregation, protocol architecture, wirelessmicrosensor networks

 

一、引言

通信带宽和能量是无线传感器网络中两个关键的资源。

为了设计好无线微传感器网络的协议，了解与传感器应用相关的参数是非常重要的。

虽然有许多方法可以评估传感器网络协议的属性，但我们使用以下度量：

A、易于部署性

B、系统寿命。（要节能）

C、延迟。因为传感器网络对时间敏感

D、质量。对于传感器网络，最终用户不需要网络中的所有数据

引言总结：

LEACH采用了以下技术来实现上述设计目标：1）随机、自适应、自配置的集群信息；2） 数据传输的本地化控制；3） 低能耗媒体接入控制；以及4）特定于应用程序的数据处理，例如数据聚合或压缩。

 

二、背景

Clare等人开发了一种用于低能耗操作的时分多址（TDMA）MAC协议[5]。

使用TDMA（time-divison multiple-access ）方法可以节省能量，方法是在无线电断电的情况下，使节点长时间保持休眠状态。Intanagonwiwat等人开发了直接扩散协议，该协议采用数据驱动模型来实现低能耗路由[13]

在LEACH中，我们使用随机的簇头位置旋转来实现某些节点不被频繁的选为簇头而导致节点过早死亡

已有的已经有考虑：能量感知、MTE（minimum transmission energy）、集群方案、NTDR等

 

三、LEACH协议体系结构

典型的微传感器网络支持的应用是远程环境监测。

由于单个节点的数据通常在微传感器网络中相互关联，最终用户不需要所有（冗余）数据；相反，最终用户需要一个描述环境中发生的事件的高级数据函数。

由于相邻节点的数据信号之间的相关性最强，因此我们选择使用集群基础设施作为LEACH的基础。这使得集群内节点的所有数据都可以在本地处理，从而减少了需要传输给最终用户的数据集。

具体而言，数据聚合技术可用于将多个相关数据信号组合成一个较小的信息集，以保持原始信号的有效数据（即信息内容）[9]。因此，更少的实际数据需要从集群传输到基站（BS）