LEACH 算法MATLAB仿真及其改进
1. LEACH原理
LEACH协议，全称是“低功耗自适应集簇分层型协议” (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy)，是一种无线传感器网络路由协议。基于LEACH协议的算法，称为LEACH算法。LEACH是MIT的Chandrakasan等人为无线传感器网络设计的低功耗自适应聚类路由算法。与一般的平面多跳路由协议和静态聚类算法相比,LEACH可以将网络生命周期延长15%,主要通过随机选择聚类首领,平均分担中继通信业务来实现。LEACH定义了“轮”(round)的概念,一轮由初始化和稳定工作两个阶段组成。为了避免额外的处理开销,稳定态一般持续相对较长的时间。在初始化阶段,聚类首领是通过下面的机制产生的。传感器节点生成0,1之间的随机数,如果大于阈值T,则选该节点为聚类首领T的计算方法如下： （1）
其中p为节点中成为聚类首领的百分数,r是当前的轮数。
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。 LEACH协议采用动态转换簇头的方法来平均网络节点的能量消耗，使因能量耗尽而失效的节点呈随机分布状态，因而与一般的多跳路由协议和静态簇算法相比，LEACH可以将网络生命周期延长15%。但是LEACH协议在每轮固定簇头节点后在划分簇的过程中，簇头节点开销较大。并且簇头节点的选择无法达到最优，有可能簇头节点位于网络的边缘或者几个簇头节点相邻，某些节点不得不传输较远的距离来与簇头通信，这就导致了大量能量消耗。而且LEACH协议所有簇头节点直接与Sink节点通信，采用连续数据发送模式和单跳路径选择模式，使得每轮中簇头节点能耗巨大，因此不适合在大规模的传感器网络中应用。
2. 仿真结果
我们在MATLAB编程环境中首先产生一个100×100的区域，并在其内部随机生成一个含有100个节点（坐标不同）的连通图。假设每个节点在网络形成前已知需要传感的数据类型，且能检测到出现在其检测范围内的事件。设普通节点初始初始能量为０.５mJ。ｒ＝２０００既进行2000轮实验。
图1.初始节点
图2.存活节点图
图3.剩余能量图
等额选举图5.剩余节点
3. ｌｅａｃｈ优点
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蔟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层机制来减少蔟内和蔟间的冲突。
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。
曾省权尽管LEACH能够提高网络的生存时间，但是 协议所使用的假设条件仍存在着一些值得讨论的问题。
4. 沈阳师范大学文学院ｌｅａｃｈ缺点
(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
天津水灾簇首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，从而导致网络能耗分布不均匀。
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(3) LEACH假设第一轮的簇头轮选中所有的节点拥有相同的能量，并且每个簇头节点都消耗大致相同的能量。因此，协议不适用于节点能量不均衡的网络。
(4) 节点经过簇头选举成为簇头后发布广播消息告知其他节点。其他节点根据与簇头节点的距离选择加入哪个簇。
电影植物学家的女儿5. 改进方法
经典的聚类协议假定所有的节点都配备了相同数量的能量，因此，他们不能充分利用节点异质性的存在。SEP协议，该协议可以延长第一个节点的死亡时间（也就是稳定期）。稳定期的延长对于许多应用程序是至关重要的，因为它们从传感器网络的反馈要求必须是可靠的。为了延长稳定期，SEP协议试图维持均衡的能源消耗。直观上，SEP协议高级节点（初始能量高的节点）成为簇头的概率大于普通的节点（初始能量低的节点），这就相当于对于能源消耗的约束。
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