LEACH [1] là một trong những giải thuật định tuyến phân cấp khá tiêu biểu cho mạng cảm biến không dây và được cải tiến thành nhiều phiên bản khác nhau cho các ứng dụng trong thực tiễn. Ý tưởng hình thành các cụm cảm biến dựa vào cường độ tín hiệu nhận được và node chủ cụm có vai trò như các router đến trạm cơ sở. Nhờ thế sẽ tiết kiệm năng lượng vì quá trình truyền chỉ có thực hiện bằng các node chủ cụm thay cho việc sử dụng tất cả các node cảm biến. Số lượng các node chủ cụm tối ưu của mạng là khoảng 5% tổng số lượng node.
Giao thức LEACH lựa chọn ngẫu nhiên giữa các node cảm biến làm node chủ cụm, do đó việc tiêu hao năng lượng khi liên lạc với trạm cơ sở được trải đều ra cho tất cả các node trong mạng. Quá trình hoạt động của LEACH được chia thành 2 pha: thiết lập và ổn định. Thời gian pha ổn định kéo dài hơn so với thời gian của pha thiết lập để giảm thiểu phần điều khiển.
3.3.1.1 Pha thiết lập
Trong pha này cụm được hình thành và các node chủ cụm được lựa chọn. Một node cảm biến lựa chọn số ngẫu nhiên giữa 0 và 1. Nếu số này nhỏ hơn ngưỡng T(n) thì node cảm biến sẽ thành node chủ. T(n) được tính như sau:
( ) 1 ( mod1/ ) p T n p r p = - nếu n GÎ (2) T n( ) 0= còn lại
40
Trong đó
p: tỉ lệ phần trăm node chủ r: chu kì hiện tại
G: tập hợp các node không được lựa chọn làm node chủ trong 1/P chu kì cuối.
Mỗi node chủ cụm được lựa chọn sẽ truyền thông tin quảng bá cho các node còn lại trong mạng bản tin thông báo rằng chúng là node chủ cụm mới. Các node còn lại không là node chủ, khi nhận được bản tin quảng bá, chúng sẽ quyết định chúng thuộc về cụm của node chủ cụm nào. Quyết định này dựa trên độ mạnh của tín hiệu của bản tin quảng bá các node chủ cụm phát đi mà chúng nhận được. Các node không phải chủ cụm này sẽ thông báo cho node chủ cụm rằng chúng sẽ thuộc về cụm nào. Sau khi các node chủ cụm nhận được hết các thông báo của các node thuộc về cụm của chúng, căn cứ vào số node trong cụm, node chủ cụm sẽ chỉ định thời gian mà các node trong cụm gửi dữ liệu đến cho nó dựa trên TDMA.
3.3.1.2 Pha ổn định
Các node bắt đầu thu thập dữ liệu và gửi dữ liệu đến các node chủ cụm. Các node chủ cụm sẽ tích hợp dữ liệu của các node trong cụm gửi đến trước khi gửi dữ liệu đến trạm cơ sở. Sau một khoảng thời gian trong pha ổn định, mạng sẽ trở lại pha thiết lập và vào bước lựa chọn node chủ cụm mới.
Khi sử dụng giao thức LEACH thì giảm được sự hao phí năng lượng so với truyền trực tiếp và so với các giải thuật định tuyến truyền năng lượng tối thiểu. Các node cảm biến có thể ngừng hoạt động ngẫu nhiên và các cụm động sẽ làm tăng thời gian sống của toàn mạng. Tuy nhiên LEACH dùng định tuyến đơn điểm, các node có thể truyền trực tiếp đến các node chủ cụm và trạm cơ sở. Vì thế nó sẽ không thích hợp với mạng triển khai trên diện rộng. Hơn nữa, ý tưởng về các cụm động đòi hỏi số lượng thông tin điều khiển lớn, ví dụ như các sự thay đổi node chủ, quảng bá…
Nhận xét: So với các giải thuật định tuyến phẳng, giải thuật LEACH có thể kéo dài tuổi thọ mạng gần 25%. Tuy nhiên, giải thuật LEACH không xem xét trạng thái năng lượng của các node. Trong mỗi vòng, LEACH không thể đảm bảo số lượng tốt nhất node chủ cụm vì quá trình ngẫu nhiên. Trong giai đoạn truyền dẫn giữa các cụm, bất chấp khoảng cách đến trạm cơ sở, các node chủ cụm sử dụng các bước nhảy (hop) đơn để truyền dữ liệu và điều này có thể đẩy nhanh tiến độ tiêu thụ năng lượng các node chủ cụm ở xa các trạm cơ sở kết quả tiêu thụ năng lượng không đều.
41